484. Вивчення будови і градуювання монохроматора. I. Завдання: 1. Ознайомитися з призначенням і принципом побудови спектральних приладів PDF

Description
484. Вивчення будови і градуювання монохроматора. I. Завдання: 1. Ознайомитися з призначенням і принципом побудови спектральних приладів. 2. Вивчити будову і принцип дії монохроматора УМ-2 і ртутного освітлювача.

Please download to get full document.

View again

of 8
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.
Information
Category:

Internet & Technology

Publish on:

Views: 33 | Pages: 8

Extension: PDF | Download: 0

Share
Transcript
484. Вивчення будови і градуювання монохроматора. I. Завдання: 1. Ознайомитися з призначенням і принципом побудови спектральних приладів. 2. Вивчити будову і принцип дії монохроматора УМ-2 і ртутного освітлювача. 3. Проградуювати монохроматор УМ-2 по ртутно-кварцевій лампі візуальним методом. 4. Скласти звіт і відповісти на контрольні запитання. II. Література: 1. Ландсберг Г.С. Оптика. - М.: Наука, Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики,т.3.- М.:Физматгиз Меняйлов М.Е. Спеціальний фізичний практикум. - К.: Вища школа, с та Прилади і матеріали: 5. Універсальний монохроматор УМ Ртутна лампа. 1. Теоретичні питання. 1. Види спектрів Будь-яка речовина, нагріта до температури понад 700ºС, починає світитися. При нижчих температурах речовина випромінює невидимі електромагнітні хвилі інфрачервоного діапазону. При розкладенні інфрачервоного випромінювання розжареної речовини на прості гармонічні коливання утворюється спектр сукупність простих гармонічних коливань, які зображаються спектральними лініями. Спектральні лінії це вузькі, майже монохроматичні ділянки в електромагнітному випромінюванні, положення яких. Нехтуючи власною шириною, можна охарактеризувати частотою коливань або відповідною довжиною хвилі. Спектр розжареної речовини називається емісійним( від лат. emission- випуск, випромінювання), або спектром випромінювання. При поступовому підвищенні температури речовини спектральний склад її випромінювання змінюється. Спочатку, при незначному нагріванні випромінюються інфрачервоні хвилі, потім, при підвищенні температури, з являється видима область спектра і, нарешті, при дуже високих температурах розжарена речовина випромінює крім інфрачервоних та видимих ще й ультрафіолетові промені. Емісійний спектр речовини, залежно від її агрегатного стану, має різний вигляд. Якщо розжарена речовина перебуває у газо - чи пароподібному стані при низькому тиску, то її спектр складається з певної кількості окремих ліній, розміщених на певних відстанях одна від одної. Тому такий спектр називають лінійчастим. Лінійчастий спектр має, наприклад, випромінювання ртутно - кварцевої лампи типу ЛРК-2 або ПРК-4. Лінійчасті спектри оптичного діапазону обумовлені електричними переходами між зовнішніми енергетичними рівнями в атомах і молекулах речовини. При невеликих тисках атоми і молекули газо - чи пароподібної речовини, яка випромінює світло, практично не взаємодіють між собою. Тому зовнішні електронні оболонки атомів і молекул не зазнають спотворень, відповідні енергетичні рівні всіх атомів і молекул залишаються однаковими і при переходах між ними електронів всі атоми і молекули випромінюють однакові набори хвиль. Якщо ж газ чи газоподібно розжарена речовина перебуває під великим тиском, то її спектральні лінії помітно розширяються і утворюють спектральні смуги певної ширини. Такі спектри називаються смугастими. Смугасті спектри характерні також для багатоатомних молекул. Виникнення смугастих спектрів частково можна пояснити електронними переходами між зовнішніми енергетичними рівнями атомів і молекул, як і у випадку лінійчастих спектрів. Відмінність тут полягає у тому, що при великих тисках атоми і молекули газу чи пароподібної речовини зближаються на малі відстані і, взаємодіючи між собою, спотворюють зовнішні електронні оболонки. При цьому енергія електронів на таких самих оболонках в різних атомах і молекулах стає різною. Тому зовсім однакові електронні переходи в різних атомах супроводжуються випромінюванням електромагнітних коливань дещо різних частот. Це приводить до того, що замість вузької лінії у спектрі розжареного газу чи пари під великим тиском утворюється досить широка смуга. Отже, спектральну смугу можна розглянути як сукупність не розділюваних приладом вузьких спектральних ліній, розміщених щільно одна біля одної. Крім електронних переходів між спотвореними при взаємодії атомів і молекул зовнішніми електронними оболонками причиною виникнення смугастих спектрів є заміна енергії коливального та обертального руху молекул. Але більш вичерпно пояснити виникнення різних видів спектра, у тому числі смугастого, можна лише на основі уявлень квантової механіки. Смугасті спектри випромінювань дають, наприклад, ртутні лампи високого тиску ДРА-400, ДРА-700 та ртутно - кварцеві лампи надвисокого тиску типу СВДШ-250 та ін. Якщо випромінюючою речовиною є конденсована система(рідина або тверде тіло), то її спектр має вигляд суцільної широкої смуги з плавною зміною довжини хвиль вздовж смуги. Такий спектр називають суцільним. Виникнення суцільного спектра пояснюється вже розглянутим спотворенням зовнішніх електронних оболонок атомів і молекул, яке в конденсованих системах стає ще більш помітним. Крім того, значну роль в утворенні суцільного спектру відіграють вільні електрони, які існують в конденсованих системах або утворюються при нагріванні речовини(розплавлені солі і луги). Випромінювання, що виникає при зміні кінетичної енергії вільних електронів при зіткненнях з додатніми іонами, є немонохроматичним(монохроматичний від грец. Моно і хромос колір: одноколірний), оскільки зміни енергії в цих процесах є довільними, неквантованими. Суцільні спектри випромінюють звичайні електричні лампи розжарення, в яких випромінюючим тілом є нагрітий вольфрамовий волосок. За зовнішнім виглядом суцільні спектри різних речовин або хімічних елементів практично розрізнити не можна. Тому для проведення якісного і кількісного аналізу використовують лінійчасті спектри речовини, які відмінні в будові атомів хімічних елементів і, отже, однозначно характеризують їх. Лінійчастий спектр кожного хімічного елемента є немов би його оптичним свідоцтвом. Крім емісійних спектрів для практичних цілей можна користуватися абсорбційними спектрами, які ще називають спектрами поглинання(від лат. absorptio- поглинання). Тут мається на увазі поглинання всім об ємом речовини на відміну від поглинання поверхнею адсорбції. Щоб одержати абсорбційний спектр певної речовини, потрібно пропустити випромінювання від джерела з суцільним спектром крізь цю речовину, яка повинна залишатись відносно холодною. Абсорбційний спектр може бути лінійчастим(темні смуги на суцільному світловому спектрі), смугастим(речовина, наприклад, кольорове скло, поглинає одну або кілька смуг) та суцільним(частково) (можливе нерівномірне поглинання всіх ділянок суцільного спектра освітлювача, як наприклад, у димчастих окулярах або сірому фільтріосвітлювачі). Емісійний лінійчастий спектр використовують для якісного і кількісного аналізу речовини. Щоб дістати лінійчастий спектр, досліджувану речовину переводять у пароподібний стан розпаленням при високій температурі і низькому тиску в електричному іскровому або дуговому розряді. Випромінювання розряду і розкладається спектральним приладом у спектр. 2. Принцип побудови спектральних приладів(див.1) Довжина хвилі світла, як відомо, вимірюється в ангстремах, (1А = 10ˉ¹ м),в нанометрах (1 нм= 10ˉ 9 м) чи мікрометрах (1 мкм= 10-6 м). Іноді користуються шкалою частот, тому що частота коливань не залежить від властивостей середовища. Частота зв язана з довжиною хвилі γ=c/λ0 =υ/ λ; де υ- швидкість світла в середовищі; λ= λ0n; довжина хвилі в середовищі(n- показник заломлення середовища). Частота вимірюється в герцах: 1 Гц= 1 сˉ¹. Ще однією одиницею вимірювання хвильових властивостей випромінювання є хвильове число σ =1/ λ; Ця величина виражається в обернених сантиметрах(смˉ¹) і показує скільки раз довжина хвилі вкладається на 1 см довжини. На практиці користуються лише величинами, які виявляються найбільш зручними для конкретного дослідження. Завдання спектрального приладу в тому, що складне випромінювання різного спектрального складу, яке формується в джерелі світла і падає на вхідну щілину приладу, розмістити в певній послідовності по частотах чи по довжинах хвиль. Для такого розкладання випромінювання використовують явище фізичної оптики: дисперсію світла, дифракцію світла і інтерференцію світла. В наше завдання входить розгляд будови спектральних приладів на основі явищ дифракції та інтерференції(прочитати це можна в (1), (2)), бо монохроматор, побудований на основі дисперсії світла в призмі. Дисперсія світла(від лат. Dispergo- розсіюю, розсипаю) відбувається при заломленні на поверхні розділу двох середовищ і визначається залежністю показника заломлення від довжини хвилі n=f( λ); В спектральних приладах використовується нормальна дисперсія, коли показник заломлення зменшується із збільшенням довжини хвилі(мал.1). Залежність показника заломлення від довжини хвилі описується формулою Коші n= А+В/ λ ² + С/ λ (1) де А, В, С деякі постійні; або формулою Гортмана n = n0+ D/ (λ- λ0) ² (2) де n0, λ, λ0, D постійні. Мал. 1. Заломлення променя на межі двох середовищ. Диспергуючим елементом призмових спектральних приладів є одна або декілька призм. В результаті заломлення світла на гранях призми відбувається відхилення світла на деякий кут від початкового напрямку. Цей кут залежить від показника заломлення речовини призми і тому є функцією довжини хвилі: Θ= f( λ); 3. Принципова оптична схема приладу Приладскладається з коліматора, диспергуючої системи і камери. Розкладання випромінювання на спектр здійснюється таким чином (мал. 2) Мал. 2. Оптична схема призмового спектрального приладу. Джерело випромінювання і (ртутна лампа, дуга та ін.) через конденсор 2 фокусується на вхідній щілині приладу 3, яка розміщена в фокальній площині об єктива 4 (щілина 3 і об єктив 4 складають коліматор, призначення якого направляти на призму паралельний пучок промунів). Після коліматора паралельний пучок променів падає на призму 5, яка і відхиляє різні довжини хвиль на різні кути. Після цього лінза 6 ( або система лінз - камера) фокусує монохроматичне зображення щілини (розділені між собою проміжками внаслідок дисперсії) на фокальну площину Р. Це і будуть спектральні лінії. Сукупність їх ( дискретна або неперервна в залежності від типу джерела випромінювання) буде спектром. В фокальній площині можуть бути розміщені фотографічна пластинка для реєстрації спектра( спектрограф), окуляр в точці О для візуального спостереження спектра(спектроскоп), одна або декілька вихідних щілин, які виділяють вузькі частини спектра (монохроматор чи поліхроматор). Площина Р розміщена під кутом ε до оптичної осі приладу у зв язку з тим, що хвилі різної довжини фокусуються на різних віддалях від лінзи. Слід зауважити, що ми будемо користуватись монохроматором як спектроскопом, тобто будемо спостерігати спектр в широкій області через об єктив візуально. Як монохроматор прилад працює, коли на виходи поставити замість об єктива щілину і він буде виділяти вузьку частину спектра, яка, як правило, реєструється фотоелектричним способом (фотоопір чи фотодіод). 4. Характеристики спектральних приладів Важливою характеристикою монохроматора є його дисперсія, тобто здатність різно відхиляти проміжки різних хвиль. Кутова дисперсія- це відношення /, де - різниця кутів виходу для променів, довжини хвиль яких відрізняються на.вона виражається в радіанах на ангстрем
Related Search
Similar documents
View more...
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks