Pracownia fizyczna dla szkół

Podobne dokumenty
Ćwiczenie BADANIE WIDM OPTYCZNYCH ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU O 9 O 12 Instrukcja dla studenta

Stałe : h=6, Js h= 4, eVs 1eV= J nie zależy

Spektroskop, rurki Plückera, cewka Ruhmkorffa, aparat fotogtaficzny, źródło prądu

Widmo promieniowania

O3. BADANIE WIDM ATOMOWYCH

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą spektrometru siatkowego

Pracownia Fizyczna ćwiczenie PF-10: Badanie widm emisyjnych za pomocą spektroskopu pryzmatycznego

ĆWICZENIE 1 WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ZA POMOCĄ SPEKTROSKOPU

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA SZKŁA ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU CZĘŚĆ (A-zestaw 1) Instrukcja wykonawcza

rys. 1. Rozszczepienie światła białego w pryzmacie

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA SZKŁA ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU.

4.11 Badanie widm emisyjnych za pomocą spektroskopu pryzmatycznego(o10)

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 39 ATOM WODORU. PROMIENIOWANIE. WIDMA TEST JEDNOKROTNEGO WYBORU

Analiza widmowa spektralnych lamp gazowych przy użyciu spektrogoniometru.

4.11 Badanie widm emisyjnych za pomocą spektroskopu pryzmatycznego (O10)

ĆWICZENIE 44 BADANIE DYSPERSJI. I. Wprowadzenie teoretyczne.

Fizyka atomowa i jądrowa

S P E K T R O S K O P S Z K O L N Y P R Y Z M A T Y C ZN Y 1

Pomiar dyspersji materiałów za pomocą spektrometru

Analiza spektralna widma gwiezdnego

Fizyka atomowa i jądrowa

Temat: Promieniowanie atomu wodoru (teoria)

Pomiar dyspersji materiałów za pomocą spektrometru

Pomiar widm emisyjnych He, Na, Hg, Cd oraz Zn

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

I PRACOWNIA FIZYCZNA, UMK TORUŃ

Człowiek najlepsza inwestycja FENIKS

Lekcja 81. Temat: Widma fal.

Wykład Budowa atomu 1

Ć W I C Z E N I E N R O-8

Ćwiczenie 46 Spektrometr. Wyznaczanie długości fal linii widmowych pierwiastków

Ć W I C Z E N I E N R O-8

Rozmycie pasma spektralnego

Modele atomu wodoru. Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a

9. Własności ośrodków dyspersyjnych. Pomiar dyspersji materiałów za pomocą spektrometru

Wyznaczanie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

Jan Drzymała ANALIZA INSTRUMENTALNA SPEKTROSKOPIA W ŚWIETLE WIDZIALNYM I PODCZERWONYM

Pomiar współczynnika załamania światła OG 1

WFiIS. Wstęp teoretyczny:

Ćwiczenie 12 (44) Wyznaczanie długości fali świetlnej przy pomocy siatki dyfrakcyjnej

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

1 Źródła i detektory. I. Badanie charakterystyki spektralnej nietermicznych źródeł promieniowania elektromagnetycznego

Skręcenie płaszczyzny polaryzacji światła w cieczach (PF13)

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Ćwiczenie nr 2 : Badanie licznika proporcjonalnego fotonów X

Ćwiczenie 375. Badanie zależności mocy promieniowania cieplnego od temperatury. U [V] I [ma] R [ ] R/R 0 T [K] P [W] ln(t) ln(p)

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Dzień dobry. Miejsce: IFE - Centrum Kształcenia Międzynarodowego PŁ, ul. Żwirki 36, sala nr 7

17. Który z rysunków błędnie przedstawia bieg jednobarwnego promienia światła przez pryzmat? A. rysunek A, B. rysunek B, C. rysunek C, D. rysunek D.

ĆWICZENIE 3 REZONANS AKUSTYCZNY

ANALIZA SPEKTRALNA I POMIARY SPEKTROFOTOMETRYCZNE. Instrukcja wykonawcza

SPRAWDZIAN NR 1. wodoru. Strzałki przedstawiają przejścia pomiędzy poziomami. Każde z tych przejść powoduje emisję fotonu.

- 1 - OPTYKA - ĆWICZENIA

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

p.n.e. Demokryt z Abdery. Wszystko jest zbudowane z niewidzialnych cząstek - atomów (atomos ->niepodzielny)

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA W PRZEZROCZYSTYM MATERIALE METODĄ KĄTA NAJMNIEJSZEGO ODCHYLENIA

Ćwiczenie nr 5 Doświadczenie Franka-Hertza. Pomiar energii wzbudzenia atomów neonu.

ĆWICZENIE 41 POMIARY PRZY UŻYCIU GONIOMETRU KOŁOWEGO. Wprowadzenie teoretyczne

Temat: Widma atomowe pierwiastków: cechowanie spektroskopu, analiza widma i wyznaczanie długości fal barw w widmie.

Efekt fotoelektryczny

Wyznaczenie długości fali świetlnej metodą pierścieni Newtona

Model Bohra budowy atomu wodoru - opis matematyczny

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

Rys. 1 Interferencja dwóch fal sferycznych w punkcie P.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Prezydenta Stanisława Wojciechowskiego w Kaliszu

IV. TEORIA (MODEL) BOHRA ATOMU (1913)

Uniwersytet Warszawski Wydział Fizyki. Badanie efektu Faraday a w kryształach CdTe i CdMnTe

Ćwiczenie nr 82: Efekt fotoelektryczny

Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy

Ćwiczenie 363. Polaryzacja światła sprawdzanie prawa Malusa. Początkowa wartość kąta 0..

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Spektrometr optyczny

ZJAWISKA KWANTOWO-OPTYCZNE

UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI INSTYTUT FIZYKI ZAKŁAD FIZYKI CIAŁA STAŁEGO. Ćwiczenie laboratoryjne Nr.2. Elektroluminescencja

BADANIE PROMIENIOWANIA CIAŁA DOSKONALE CZARNEGO

41P6 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - V POZIOM PODSTAWOWY

Pomiar drogi koherencji wybranych źródeł światła

Metody badania kosmosu

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą spektrometru siatkowego

Źródła światła. W lampach płomieniowych i jarzeniowych źródłem promieniowania jest wzbudzony gaz. Widmo lamp jarzeniowych nie jest ciągłe!

OP6 WIDZENIE BARWNE I FIZYCZNE POCHODZENIE BARW W PRZYRODZIE

Techniki Jądrowe w Diagnostyce i Terapii Medycznej

Schemat układu zasilania diod LED pokazano na Rys.1. Na jednej płytce połączone są różne diody LED, które przełącza się przestawiając zworkę.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

( Wersja A ) WYZNACZANIE PROMIENI KRZYWIZNY SOCZEWKI I DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ PIERŚCIENI NEWTONA.

ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI

LABORATORIUM METOD I TECHNIK BADAŃ MATERIAŁÓW

AX Informacje dotyczące bezpieczeństwa

Spektroskopia molekularna. Ćwiczenie nr 1. Widma absorpcyjne błękitu tymolowego

Optyka stanowi dział fizyki, który zajmuje się światłem (także promieniowaniem niewidzialnym dla ludzkiego oka).

Informacje ogólne. 45 min. test na podstawie wykładu Zaliczenie ćwiczeń na podstawie prezentacji Punkty: test: 60 %, prezentacja: 40 %.

Fizyka 3.3 WYKŁAD II

Ćwiczenie Nr 6 Skręcenie płaszczyzny polaryzacji

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

Stanowisko do badania zjawiska tłumienia światła w ośrodkach materialnych

EFEKT FOTOELEKTRYCZNY ZEWNĘTRZNY

Wstęp do astrofizyki I

Transkrypt:

Imię i Nazwisko Widma świecenia pierwiastków opracowanie: Zofia Piłat Cel doświadczenia Celem doświadczenia jest zaobserwowanie widm świecących gazów atomowych i zidentyfikowanie do jakich pierwiastków należą. W analogiczny sposób bada się skład nawet bardzo oddalonych gwiazd, analizując światło jakie wysyłają do Ziemi. Wstęp teoretyczny Światło jest to fala elektromagnetyczna, którą możemy scharakteryzować trzema wielkościami: energią (E) mierzoną w J, długością fali (λ) mierzoną w częściach metra lub częstotliwością (ν) mierzoną w Hz. Wszystkie te wielkości łączą się ze sobą następującymi związkami: EE = hυυ ; λλ = cc νν Światło jest jedynie niewielką częścią znanych fal elektromagnetycznych co zobrazowane jest na rysunku 1. Podpisz na nim obszary widma odpowiednią nazwą: Rysunek 1. Widmo fal elektromagnetycznych (źródło: www.wikipedia.org) 1

Na rysunku 1 umieszczone zostało widmo fal elektromagnetycznych. Widmo jest to zarejestrowany obraz promieniowania rozłożonego poszczególne częstotliwości, długości fali lub energie. Wiemy że każde ciało o temperaturze T > 0 K emituje promieniowanie elektromagnetyczne (nazywane promieniowaniem termicznym). Obiekty o temperaturze pokojowej emitują światło podczerwone. Ciała rozgrzane do temperatury kilkuset stopni Celsjusza też emitują podczerwień, ale ponadto zaczynają świecić na czerwono. Powyżej 1000 o C emitowane światło ma barwę żółtą, ale oczywiście składa się zarówno z fali podczerwonej jak i fali o barwie czerwonej, żółtej oraz zielonej. Białe światło słoneczne odpowiada temperaturze 5500 o C, i jak wiemy, zawiera wszystkie barwy światła widzialnego, jak również podczerwień i ultrafiolet. Emitowane jest światło o wszystkich długościach fal, mówimy że promieniowanie termiczne charakteryzuje się widmem ciągłym. Emisja fal elektromagnetycznych może odbywać się też poprzez tzw. luminescencje. Z mechaniki kwantowej wiemy, że elektrony w pierwiastkach mogą przebywać jedynie na powłokach elektronowych (numerowanych pierwszą liczbą kwantową n). Wzbudzone elektrony z powłoki podstawowej przeskakują na powłoki wzbudzone a następnie wracają do powłoki o najniższej możliwej energii. Pozbywają się wtedy nadwyżki energetycznej, którą zyskały przez wzbudzenie, emitując fale elektromagnetyczną o energii wynoszącej dokładnie tyle co różnica energetyczna między poziomami (patrz rysunek 2). Rysunek 2. Widmo liniowe atomu wodoru w obszarze widzialnym (seria Balmera) WIDMO WODORU W wyniku luminescencji pierwiastków dostajemy więc widmo liniowe. Trzecim rodzajem widma jest widmo pasmowe, z którym mamy do czynienia przy luminescencji bardziej skomplikowanych układów jak cząsteczki chemiczne lub przy elektroluminescencji diod świecących. 2

Układ pomiarowy 1. Spektrometr z podziałką kątową o dokładności 1. lunetka stolik kolimator góra- dół pochylenie obrót szczelina kolimatora Rysunek 3. Spektrometr prosty (źródło: materiały dydaktyczne I Pracowni Fizycznej) Do czego służy kolimator? 2. Pryzmat- czyli element spektrometru, który odpowiedzialny jest za rozszczepienie światła Jak działa pryzmat? 3. Źródła światła- świecące gazy atomowe w rurkach Geisslera i żarówka. 4. Tablice fizyczne- z umieszczonymi długościami fal linii widmowych różnych pierwiastków. 3

Instrukcja wykonania ćwiczenia 1. Ustawiamy rurkę Geisslera o numerze I przy szczelinie kolimatora tak żeby uzyskać jak najjaśniejszy obraz (trzeba trochę poruszać rurką obserwując jednocześnie obraz w lunetce). 2. Ustawiamy pryzmat na stoliku (możliwa regulacja wysokości stolika) w taki sposób by rozczepiał on wiązkę wychodzącą w kolimatora (patrz rysunek poniżej): Rysunek 4. Sposób ustawienia pryzmatu względem kolimatora 3. Po zaobserwowaniu rozszczepionego obrazu ustawiamy pryzmat w położeniu kąta najmniejszego odchylenia za pomocą ruchomego stoliczka pod pryzmatem. Jest to takie położenie pryzmatu, gdy mimo obracania stolika cały czas w tę samą stronę obserwowany obraz zatrzymuje się (należy precyzyjnie uchwycić moment zanim obraz zacznie wracać, wtedy kiedy prążki są najbardziej skupione ). W takim położeniu pryzmatu kąt pod jakim wiązka wpada do pryzmatu jest równy kątowi pod jakim wiązka wychodzi z pryzmatu. OD TEJ PORY DO KOŃCA DOŚWIADCZENIA NIE WOLNO RUSZAĆ PRYZMATU!!! 4. Obserwujemy i rysujemy widma pochodzące od wszystkich trzech rurek Geisslera. Odczytujemy za pomocą spektrometru kąty odpowiadające kolejnym prążkom i uzupełniamy w ramkach. Zanotuj także niepewności odczytanych kątów (1 dla wyraźnych prążków, 2-3 minuty dla niewyraźnych lub bladych prążków. 4

RURKA I kąt φ: RURKA II kąt φ: RURKA III kąt φ: 5. Zaobserwowaliśmy położenia kątowe φ kolejnych linii widmowych, ale w tablicach fizycznych mamy umieszczone długości fali λ tab odpowiadające kolejnym liniom. CO ROBIĆ?? Musimy w jakiś sposób zamienić położenie kątowe φ na długość fali λ, którą będzie można zestawić z wartościami tablicowymi. Ponieważ nie ma żadnej analitycznej zależności między φ i λ, musimy wykreślić dla spektrometru krzywą kalibracyjną (skalowania) i z niej odczytywać jaka długość fali odpowiada zmierzonej wartości kąta. By wykreślić krzywą kalibracyjną skorzystamy z faktu, że pierwiastek ukryty w rurce I to: HEL. Uzupełniamy poniższą tabele swoimi wynikami oraz wartościami z tablic fizycznych: 5

WIDMO HELU l.p. kolor prążka φ Δφ λ tab [nm] 1 2 3 4 5 6 7 Δφ jeśli prążek jest wyraźny niepewność wynika z dokładności podziałki kątomierza, jeśli prążek jest rozmyty lub blady szacujemy niepewność pomiarową na większą (np. 2, 3 ) λ tab odczytujemy z tablic fizycznych. 6. Konstruujemy krzywą kalibracyjną dla swojego spektrometru. 7. Obserwujemy i szkicujemy rozszczepione widmo żarówki (przykład widma ciągłego, zbliżonego do tego jakie daje Słońce). Zapisujemy kąty odpowiadające zakresowi światła widzialnego (miejsce w którym zaczynamy i kończymy widzieć widmo) oraz zakresowi wybranego koloru: ŻARÓWKA kąt φ: 6

Analiza wyników Odczytujemy długości fali λ odczyt odpowiadające zmierzonym położeniom kątowym φ z krzywej kalibracyjnej i uzupełniamy tabelki. Na podstawie tablic próbujemy dopasować λ tab i zidentyfikować pierwiastek z jakim mieliśmy do czynienia. RURKA II l.p. kolor prążka φ Δφ λ odczyt [nm] Δλ odczyt [nm] λ tab [nm] 1 2 3 Δφ jeśli prążek jest wyraźny niepewność wynika z dokładności podziałki kątomierza, jeśli prążek jest rozmyty lub blady szacujemy niepewność pomiarową na większą (np. 2, 3 ) λ tab odczytujemy z tablic fizycznych. RURKA III l.p. kolor prążka φ Δφ λ odczyt [nm] Δλ odczyt [nm] λ tab [nm] 1 2 3 4 5 Δφ jeśli prążek jest wyraźny niepewność wynika z dokładności podziałki kątomierza, jeśli prążek jest rozmyty lub blady szacujemy niepewność pomiarową na większą (np. 2, 3 ) λ tab odczytujemy z tablic fizycznych. Niepewności Δλ odczyt odczytujemy ze sporządzonej krzywej kalibracyjnej ja pokazano poniżej: 7

Pierwiastek w RURCE II to: Pierwiastek w RURCE III to: Jeśli starczy czasu odczytujemy z krzywej kalibracyjnej długości fali odpowiadające zakresowi światła widzialnego i zakresowi wybranego koloru i porównujemy z wartościami tablicowymi. Zakres światła widzialnego: nm Zakres koloru...: nm Czy wartości długości fali odczytanych z krzywej kalibracyjnej zgadzają się (tam gdzie była wyliczona niepewność z dokładnością do trzech przedziałów niepewności pomiarowej) z wartościami tablicowymi? Błędy pomiarowe Wypisz czynniki, które Twoim zdaniem mogły spowodować błędy w pomiarach. Podkreśl czynnik, który wydaje Ci się najistotniejszy? 8