Lab 70

Целта на работата. изучаване и класификация монохроматор, определението на дисперсия и разделителна способност на призмата на монохроматор.

Инструменти и аксесоари. UM-2 монохроматор, живачна лампа.

1. Теоретично въвеждане

Спектрален инструменти: monochromators steeloscopes, спектрофотометри, спектрографи и други - са използвани за получаване на оптично спектър, т.е. за пространствено разделяне на греди на различни дължини на вълните, и са в основата на експериментален спектроскопия.

Това оптика произхожда от средната точка XIX век в резултат на работа от R. G. Kirchhoff Бунзенова и показва, че всеки химичен елемент има диапазон, който не съвпадат с тези на другите елементи, и по този начин е основна характеристика на елемента, като например и атомно тегло. Теоретичните основи са положени спектроскопия творби от Нилс Бор
(1914). Според теорията на атомни модели в разпределителните линии в спектъра определя от структурата на електрони обвивка на атома на Бор.

Modern спектроскопия като метод за изследване е от голям интерес за плазмена физика, астрофизика, квантовата електроника, като въз основа на изследването на спектрите е възможно да се изясни структурата на електронен слой от атоми, йони, молекули. Свръхфини структура на линиите позволява да се получи информация за определени свойства на атомните ядра; яркостта на спектралните линии на преминаването и разширяването даде конкретна информация за свойствата на средата, в която се излъчващи атомите.

Има различни начини за монохромни светлина; разпределяне на спектъра на източника на излъчване на електромагнитни вълни с дължина на вълната. Методи за получаване на монохроматична светлина основава на взаимодействието на светлината с Област явления (селективна абсорбция, дисперсия) или разпространение на светлината в оптичните свойства на нехомогенни среда (интерференция, дифракция). В тази книга ще получим едно монохроматична светлина
въз основа на дисперсия на светлина - на скоростта фаза на светлина (индекс на пречупване) на дължина на вълната.

На границата на две среди с различни индекси на рефракция, различни дължини на вълните се пречупва по различен начин. Ако успеете да отделите конкретна посока на вълните ще се извършва monochromatization. Този принцип е в основата на действие на спектрална инструмент - призма монохроматор пространствено разделяне греди на различни дължини на вълните.

Схема на оптичен монохроматор показано на фиг. 1.

Схемата се състои от три основни части: колиматора 2-4. служи за получаване на паралелен молив на лъчи; диспергиращо система 5. разлагане nonmonochromatic светлина в спектъра; 6-8 и телескопа да наблюдава спектъра. Светлината от източника на лъчение 1 преминава през кондензатора 2. 3. осветява прорез, който се намира в фокусната равнина на колиматор лещата 4 и паралелно светлина попада върху разпространена призма 5. призми разлагат в монохроматични леки компоненти, и система за призми са разположени паралелно снопове лъчи, вълни, съответстващи на определена дължина. Тези успоредни лъчи лъчи се събраха в фокусната равнина на лещата 6, 7 на телескопа под формата на процеп спектрална изображение 3. Ако източникът на светлина е лампа с ниско налягане, съдържащ инертен газ, спектралната изображението на процепа 3 ще бъде под формата на цветни линии съответстват на линеен спектър лампа атомен газ. Гледайте диапазон е възможно през окуляра 8.

Основните характеристики на монохроматор са вариацията и резолюция.

Ъглово дисперсия D # 966; монохроматор наречен ъглово съотношение разстояние # 948; # 966; между две монохроматични спектрални линии, отблизо различни дължина на вълната на # 948; # 955; да # 948, # 955;:

където # 948; # 966; - ъгловото разстояние между спектралните линии; # 948; # 955; - разликата в дължините на вълните на спектрални линии.

Ъгловата дисперсията се измерва в радиани на нанометра (рад / Nm) и се определя само чрез свойствата на призми (призма зависи от ъгъла на пречупване индекс на пречупване п и дисперсията DN / г на # 955; на призма материал).

Dl линеен дисперсия връзка се нарича линейното разстояние # 948; л между две монохроматични спектрални линии, отблизо различна дължина на вълната на # 948; # 955; да # 948, # 955;:

където # 948; L - разстояние между спектралните линии # 955; и # 955; + # 948; # 955 ;;
# 948; # 955; - разликата в дължините на вълните на спектрални линии.

Линейната дисперсията се измерва в милиметри за нанометра (mm / нм). Линейни и ъглови дисперсия свързани. Ако фокусното разстояние на лещата изход 6 (фиг. 1) е равен е. на

Дисперсията на спектрален апарат има различно значение в различни части на спектъра. Следователно, ъгловата и линейното разстояние между спектралните линии на различни дължини на вълните на една и съща стойност, също ще бъдат различни в различни региони на спектъра.

Резолюция R монохроматор устройство определя възможността да се разделят на две тясно разположени спектрални линии с дължина на вълната # 955; 1 и # 955; 2. т.е. най-малката дължина на вълната интервал # 948; # 955; = # 955; 2 - # 955; 1. за които две спектрални линии в съответствие с критерия Rayleigh могат да се наблюдават отделно. Резолюция на инструмента е безразмерна величина:

В малки ъгли # 948; # 966; имаме

където V - диаметър (или отвор ток) на изходния лещата на монохроматор. От израза (1) # 948; # 966; = D # 966; # 8729; # 948, # 955;, като се вземат предвид (5) и (6)

От формула (4) имаме. след резолюцията на монохроматор е призма

където е = 280 mm - фокусно разстояние от изходния лещата;
В = 40 mm - активното отвор на призмата (монохроматор UM-2).

2. ОПИСАНИЕ НА УСТРОЙСТВОТО РАБОТЕН
И методи за измерване

Наблюдение на спектралните линии и тяхната позиция измерване се извършва на монохроматор UM-2 със стъклени оптика.

Поява монохроматор показано на фиг. 2.

В монохроматор е монтиран върху релсата, която също има светлинен източник (живачна лампа) и обратен монтиран в стелажи. Slip стативи не са разрешени.

Основните части на монохроматор е колиматор 7. диспергиращи призма 8 и изходната тръба 2.

Като вход колиматор прорез 5 прилага стандартната симетричен празнина, чиято ширина е регулируема от микрометър винт 6. процепа е изложено, докосване микрометър винт не се препоръчва.

Дисперсна призма 8 се нарича призма с постоянен ъгъл на отклонение. Това призма може да се разглежда като комбинация от две диспергиращи: 30- и 45 градуса призма на пълно вътрешно отражение. Въртенето на призмата се извършва с помощта на ротационен механизъм барабан 9. при дължини на вълните се нанасят относителното завъртане механизъм делене - градуса. Прочетете приспада от индекса, плъзгаща се по спирала бразда.

Светлинните лъчи, след преминаване дисперсно призма, леща попадат в изходната тръба 2 на монохроматор, което ги събира в равнината на прореза за излизане. Получената в спектъра вижда визуално монохроматор използване 1. окуляр има индекс в триъгълник за позициониране на спектралната линия в равнината на прореза за излизане. Индексът се наблюдава през окуляра. Изходна индекса на спектралната линия чрез завъртане диспергиращи призми с помощта на барабана 3. Когато барабан се върти от един участък (2 °) призма система се върти с 20 //.

Целта на тази работа е класификация монохроматор, т.е. за създаване на връзката между дължини на вълните на монохроматични греди, преминаващи през процепа за излизане, и съответните подразделения на барабана мащаб 4.

За калибрирането на изделието е живачна, монтиран под предния капак. Тази лампа - мощен източник на светлина. По време на работа на лампата се развива до 30 атмосфери, така че контакт с него трябва да бъдат внимателни. Лампата дава линия спектър (вж. Фиг. 3).

Всички интензивността на спектралната линия отбелязани на стандартен набор от кръстове.

3. ПОРЪЧКА изпълнение на работата
И обработка на резултатите от измерванията

Задача 1. калибриран монохроматор.

3.1.1. Те включват живачни лампи.

3.1.2. Завъртането на барабана, разглеждащи през окуляра на целия спектър.

3.1.3. В комбинация с индекс окуляр серия живак линия от червено до лилаво и да направи проби на барабан монохроматор, отбелязвайки, цвета на линиите.

3.1.4. Измерванията се повтарят два пъти. Така че е необходимо да се сумира всеки ред до центъра на слота само от едната страна, за да се избегнат грешки, дължащи се играе на барабана.

3.1.5. Получените данни са въведени в таблица (Таблица Форма. 1).

Форма таблица 1

3.1.6. Изчисляване на средната стойност на показанията на барабана за всяка линия.

3.1.7. Според маса изработена калибрационна крива монохроматор на Nbar = f1 (# 955). Скалата трябва да бъде избран така, че графиката е достатъчно голям, за да се определят ясно и позволява дължина на вълната до 1 пМ.

2. Изчисли Целева линеен дисперсия устройство.

3.2.1. Чрез определени калибрационна крива стойностите на интервали монохроматор барабан показания # 8710; Nbar спектър парцели за следното: 410, 450, 490, 530, 570, 610 нм. стойност # 8710; # 955; взети както е указано от учителя. Данните се въвеждат в таблица (Таблица форма. 2).

3.2.2. Превод интервали барабанни четения # 8710; Nbar. ... ° интервали в ъгъла на завъртане разпространена призма # 8710; # 966; //. Имайки предвид, че 2 ° на барабана 20 съответства // въртене призма.

3.2.3. Съгласно формула (1) изчисляване на ъглова дисперсия на монохроматор, замествайки малки интервали # 948; # 966; и # 948; # 955; за # 8710; # 966; и # 8710; # 955.

Форма таблица 2

дължина
вълни # 955;

3.2.4. Съгласно формула (4) и данните от таблица. 2 изчислява линеен дисперсия призма монохроматор Dl за съответните части на спектъра.

3.2.5. Получените данни са изграждане на кривата на дисперсия
Dl = f2 (# 955) на една и съща графика с кривата на калибриране.

Целева 3. Изчислява се резолюцията на монохроматор е призма за всички региони на дължини на вълните, в които се определя линейната дисперсията.

Според (8) резолюцията формула. където
В = 40 mm, F = 280 mm, DL - на кривата на дисперсия Dl = f2 (# 955). Данните са въведени в таблица (Таблица форма. 3).

Форма таблица 3

дължина на вълната # 955;, нм

Получените данни са изграждане на кривата на резолюция R = f3 (# 955).

ВЪПРОСИ ЗА ДОПУСКАНЕ НА РАБОТА

1. членка с цел работа.

2. Каква е целта на монохроматор?

3. Какви са различните начини за монохромни светлина?

4. Как калибрирани монохроматор?

5. Как се изчислява на линейна дисперсия на призмата на монохроматор и да определи своята резолюция?

ВЪПРОСИ ЗА ЗАЩИТА НА РАБОТА

1. Обяснява оптичен монохроматор верига.

2. Каква е целта на основните части на монохроматор?

4. Опишете практическото използване на монохроматор.

5. критичните бележки по метода на измерване.

СПРАВКА

1. Кортнев AV YV Рубльов Kutsenko А. Семинар на тема физика. - М. изпълнителния. седм. 1963 - 568 стр.

2. Ahmatov AS и др. Workshop на лабораторията физика. - М. изпълнителния. седм. 1980 - 307 стр.