Lab 70

Scopul lucrării. studierea și clasificare monocromator, definiția dispersiei și puterea de rezoluție a prismei monocromator.

Instrumente și accesorii. UM-2 monocromator, o lampă cu mercur.

1. Introducere teoretică;

Instrumente spectrale: monocromatoare steeloscopes, spectrofotometre, spectrografelor și altele - sunt utilizate pentru a obține spectre optice, de exemplu, pentru separarea spațială a grinzi de diferite lungimi de undă, și sunt baza spectroscopiei experimentale.

Această optică are originea în mijlocul secțiunea secolul XIX, ca urmare a activității de către R. G. Kirchhoff Bunsen și care arată că fiecare element chimic are un interval care nu coincid cu cele ale celorlalte elemente, și, prin urmare, este o caracteristică fundamentală a elementului, cum ar fi, de exemplu, și greutatea atomică. Bazele teoretice au fost stabilite lucrări de spectroscopie de Niels Bohr
(1914). Conform teoriei modelelor atomice din liniile de distribuție din spectrul determinat de structura învelișului de electroni unui atom Bohr.

spectroscopie modernă ca metodă de cercetare este de mare interes pentru fizica plasmei, astrofizica, electronicii cuantice, ca bază studiul spectrelor este posibilă clarificarea structurii cochilii de electroni de atomi, ioni, molecule. Structura hiperfin a liniilor permite obținerea unor informații cu privire la anumite proprietăți ale nucleelor atomice; luminozitatea liniilor spectrale ale trecerii și extinderea da informații specifice despre proprietățile mediului în care atomii emit.

Există diferite moduri de lumină monocromatică; alocarea spectrului sursei de radiație a undelor electromagnetice în gama de lungimi de undă. Metode de obținere a luminii monocromatice bazat pe interacțiunea luminii cu fenomene de materie (absorbție selectivă, dispersie) sau o propagare a luminii în proprietățile optice ale media neomogene (interferență, difracție). În această lucrare vom obține o lumină monocromatică
bazat pe dispersia luminii - a vitezei fazei a luminii (indice de refracție) de lungime de undă.

La limita a două medii cu diferite lungimi de undă diferite, indici de refracție sunt refractate în mod diferit. Dacă reușești să izoleze direcția de undă specifice vor fi efectuate monochromatization. Acest principiu este baza de funcționare a instrumentului spectrale - monocromator prismă de separare spațială grinzi de diferite lungimi de undă.

Diagrama schematică a monocromator optic prezentat în Fig. 1.

Circuitul este format din trei părți principale: colimatorul 2-4. servește pentru a primi un creion paralel de raze; Sistemul dispersant 5. descompunerea luminii nonmonochromatic într-un spectru; 6-8 și telescopul pentru a observa spectrul. Lumina de la sursa de radiație 1 trece printr-un condensator 2. 3. iluminează fantă care este situată în planul focal al lentilei colimator 4 și fasciculul paralel este incidență pe o prismă de dispersie 5. Prisme descompusă în componente ușoare monocromatice, și un sistem de prisme sunt amplasate fascicule paralele de raze, valuri corespunzătoare de o anumită lungime. Aceste fascicule paralele de raze adunat în planul focal al lentilei 6, 7 a telescopului sub forma unei crestături o imagine spectrală 3. Dacă sursa de lumină este o lampă de joasă presiune care conține un gaz inert, imaginea spectrală a fantei 3 va fi sub forma unor linii colorate care corespund gazului atomic lampă cu spectru liniar. Gama de ceas este posibilă prin ocularul 8.

Principalele caracteristici ale monocromator sunt varianței și rezoluția.

Angulară dispersie D # 966; monochromator numit raport de distanța unghiulară # 948; # 966; între două linii spectrale monocromatice închide lungime de undă diferite la # 948; # 955;, la # 948, # 955;:

unde # 948; # 966; - distanța unghiulară dintre liniile spectrale; # 948; # 955; - diferența în lungimile de undă ale liniilor spectrale.

Dispersia unghiulară este măsurată în radiani per nanometru (rad / nm) și este determinată numai de proprietățile prisme (prisme depinde de unghiul de refracție al indicelui de refracție n și dispersia dn / d # 955; a materialului prismei).

Soacra relație dispersie liniară se numește distanța liniară # 948; l între două linii spectrale monocromatice închide lungime de undă diferită la # 948; # 955;, la # 948, # 955;:

unde # 948; l - distanța dintre liniile spectrale # 955; și # 955; + # 948; # 955 ;;
# 948; # 955; - diferența în lungimile de undă ale liniilor spectrale.

Dispersia liniară este măsurată în milimetri per nanometru (mm / nm). Dispersie liniare și unghiulare legate. Dacă distanța focală a obiectivului de ieșire 6 (Fig. 1) este egal cu f.

Varianța aparatului spectrală are un înțeles diferit în diferite părți ale spectrului. Prin urmare, distanța unghiulară și liniară între liniile spectrale ale diferitelor lungimi de undă de pe una și aceeași valoare, va fi, de asemenea, diferite în diferite regiuni ale spectrului.

Rezoluție R dispozitiv monocromator determină posibilitatea de a separa cele două linii spectrale strâns distanțate între ele, cu lungimi de undă # 955; 1 și # 955; 2. și anume cel mai mic interval de lungime de undă # 948; # 955; = # 955; 2 - # 955; 1. pentru care cele două linii spectrale, în conformitate cu criteriul Rayleigh pot fi observate separat. Rezoluția a instrumentului este o cantitate adimensionala:

La unghiuri mici # 948; # 966; avem

unde V - un diametru (sau curent de deschidere) a obiectivului de ieșire al monocromator. Din expresia (1) # 948; # 966; = D # 966; # 8729; # 948, # 955;, luând în considerare (5) și (6)

Din formula (4) avem. apoi rezoluția monocromator este o prismă

unde f = 280 mm - distanța focală a obiectivului de ieșire;
B = 40 mm - diafragma activă a prismei (monocromator UM-2).

2. DESCRIEREA UNITATII DE LUCRU
Și metode de măsurare

Observarea liniilor spectrale și poziția lor de măsurare se efectuează pe UM-2 monocromator cu optica de sticla.

monocromator Aspectul prezentat în Fig. 2.

Monocromator este montat pe șină, care are, de asemenea, o sursă de lumină (lampă cu mercur) și un condensator montat în rafturi. trepiede alunecare nu sunt permise.

Componentele principale ale monocromator este colimatorul 7. dispersare prismă 8 și conducta de evacuare 2.

Ca colimatorul intrare fantă 5 aplicată standard de decalaj simetrică a cărei lățime este reglabilă prin intermediul unui șurub micrometric 6. fantă este expusă, șurub micrometric tactil nu este recomandată.

prisme Dispersive 8 se numește o prisma cu un unghi constant de deviație. Această prismă poate fi considerată ca o combinație de două dispersanti: 30- și 45 de grade prismă de reflexie internă totală. Rotația prismei se realizează cu ajutorul rotativ mecanismul tobei 9. La lungimi de undă sunt reprezentate grafic mecanism de pivotare în raport de fisiune - grade. Citește mai sunt luate în considerare indicele, alunecare de-a lungul canalului spiral.

Razele de lumină, după trecerea unei prisme de dispersie, lentilă intră în conducta de evacuare 2 al monocromator, care le colectează în planul fantei de ieșire. Rezultând în spectrul vizual văzut monocromator folosind 1. ocular are un indice într-un triunghi pentru poziționarea liniei spectrale în planul fantei de ieșire. Indicele se observă prin ocular. Ieșire indicele liniei spectrale prin rotire de dispersare prisme utilizând tamburul 3. Când tamburul este rotit cu o singură direcție (2 °) Sistemul prismă este rotit cu 20 //.

Obiectul acestei lucrări este clasificare monocromator, adică stabilirea relației dintre lungimile de undă ale grinzilor monocromatice care trece prin fanta de ieșire, și diviziunile respective ale scării tamburului 4.

Pentru calibrarea dispozitivului este o lampă cu mercur, instalat sub capota. Această lampă - o sursă puternică de lumină. În timpul funcționării, lampa se dezvoltă până la 30 atmosfere, astfel încât contactul cu ea ar trebui să fie precaut. Lampa oferă un spectru linie (vezi. Fig. 3).

Toate intensitatea unei linii spectrale marcate pe o gama standard de cruci.

3. ORDINEA DE LUCRU PERFORMANTA
ȘI PRELUCRAREA REZULTATELOR MĂSURARE

Sarcina 1. calibrat monocromator.

3.1.1. Acestea includ o lampă cu mercur.

3.1.2. Rotirea tamburului, navigarea prin ocularul a întregului spectru.

3.1.3. Combinat cu indicele ocular linia serie de mercur de la roșu la violet și de a face probe pe un tambur monocromator, observând culoarea liniilor.

3.1.4. Măsurătorile se repetă de două ori. Astfel, este necesar să se rezuma fiecare linie la centrul fantei doar pe o parte, pentru a evita erorile datorate pentru a juca toba.

3.1.5. Datele obținute sunt introduse într-un tabel (tabelul Form. 1).

Formular Tabelul 1

3.1.6. Calculul unei valori medii de citiri ale tamburului pentru fiecare linie.

3.1.7. Conform tabelului construit monocromator curba de calibrare nbar = f1 (# 955;). Scala trebuie să fie aleasă astfel încât graficul a fost suficient de mare pentru a defini în mod clar și să permită o lungime de undă de până la 1 nm.

2. Se calculează țintă dispozitiv de dispersie liniară.

3.2.1. Prin valorile indicațiilor intervalelor monocromator cu tambur curba de calibrare determinată # 8710; nbar parcele de spectru pentru următoarele: 410, 450, 490, 530, 570, 610 nm. valoare # 8710; # 955; luate ca regia de profesor. Datele sunt introduse într-un tabel (tabelul Form. 2).

3.2.2. Traduceți citiri intervale de tambur # 8710; nbar. ... ° intervale în prisma dispersive unghiul de rotație # 8710; # 966; //. Considerând că 2 ° a tamburului 20 corespunde // rotatie prismă.

3.2.3. Conform formulei (1) calcularea dispersiei unghiulare a monocromator, înlocuind mici intervale # 948; # 966; și # 948; # 955; pe # 8710; # 966; și # 8710; # 955;.

Formular tabelul 2

lungime
valuri # 955;

3.2.4. Conform formulei (4) și datele din tabelul. 2 calculat dispersie liniara Soacra prisme monocromator pentru porțiuni ale spectrului corespunzător.

3.2.5. Datele obținute sunt construirea curbei de dispersie
Dl = f2 (# 955;) pe același grafic cu curba de calibrare.

Ținta 3. Se calculează rezoluția monocromator este o prismă pentru toate regiunile cu lungime de undă în care se determină dispersia liniară.

Conform formulei (8) rezoluția. unde
B = 40 mm, f = 280 mm, Soacra - curba de dispersie este dL = f2 (# 955;). Datele sunt introduse într-un tabel (Tabelul formă. 3).

Forma Tabelul 3

lungime de undă # 955;, nm

Datele obținute sunt construirea curbei R rezoluție = f3 (# 955;).

ÎNTREBĂRI PENTRU ADMITERE LA MUNCĂ

1. Formulați scopul lucrării.

2. Care este scopul monocromator?

3. Care sunt diferitele moduri de lumină monocromatică?

4. monochromator Cum calibrată?

5. Cum se calculează dispersia liniară a prismei monochromator și de a determina rezoluția sa?

ÎNTREBĂRI PENTRU PROTECȚIA MUNCII

1. Explicați monochromator circuitul optic.

2. Care este scopul principalelor părți ale monocromator?

4. Descrieți utilizarea practică a monocromator.

5. Observațiile critice privind metoda de măsurare.

REFERINȚE

1. Kortnev AV YV Rubliov Kutsenko A. Atelier de lucru pe fizica. - M. Executiv. săpt. 1963. - 568 p.

2. Ahmatov AS et al. Workshop pe laboratorul de fizica. - M. Executiv. săpt. 1980. - 307 p.