Теоретичний відомості і опис установки

Як відомо спектр кожного газу складається з окремих спектральних ліній або груп (серій) близько розташованих ліній. Найбільш вивченим є спектр атома водню. Частоти випромінювання атома водню можна описати узагальненою формулою Бальмера у вигляді (1):

, (1)

де - частота випромінювання атома водню при його переході з -го енергетичного рівня на -й енергетичний рівень; - стала Рідберга; і - цілі числа (, а набуває значень

і т.д.).

Стала Рідберга у формулі (1) визначається співвідношенням (2):

, (2)

де - порядковий номер атома водню ( =1); m= 9,11·10^{-31 кг} – маса електрона; е =1,6·10^-19 Кл – заряд електрона; =8,85·10^-12 Ф/м – електрична стала; с= 3·10⁸ м/с – швидкість світла у вакуумі; - стала Планка.

Кожному значенню в (1) відповідає серія спектральних ліній. Для видимої частини спектра атома водню =2.

Формулу (1) з урахуванням (2) можна записати таким чином:

. (3)

Виражаючи частоту випромінювання через довжину хвилі з (3) одержуємо вираз для визначення сталої Планка:

. (4)

З врахуванням того, що для атома водню =1 вираз (4) перепишемо у вигляді

. (5)

Перехід атомів газу із основного стану в збуджений легко здійснити за допомогою електричного розряду в розрідженому газі. Перехід атомів із збудженого стану в основний проходить спонтанно (самовільно) з випромінюванням ліній усіх серій.

В даній лабораторній роботі визначають наступні лінії в спектрі випромінювання водню, які лежать у видимій частині спектру і становлять 400-600 нм:

· червону лінію , ( = 3);

· зелено-голубу лінію , ( = 4);

· фіолетово − синю лінію , ( = 5);

· фіолетову лінію , ( = 6).

Експериментальна установка зібрана на основі монохроматора УМ–2, який використовується як спектроскоп. Оптична схема установки наведена на рис. 1.

Рис. 1

1 − воднева газорозрядна трубка; 2 − блок живлення трубки; 3 – збиральна лінза; 4 − вхідна щілина;

5 − об’єктив коліматора; 6 − дисперсійна призма; 7 − об’єктив зорової труби; 8 − візир; 9 − окуляр;

10 – захисний кожух неонової лампочки; 11 - неонова лампочка.

На вхідну щілину 4 монохроматора направляють світло від неонової лампочки 11 в кожусі 10 або газорозрядної водневої трубки 1 пристрою СПЕКТР –1.

Загальний вигляд установки зображений на рис. 2.

Рис. 2

1 - монохроматор; 2- воднева газорозрядна трубка в захисному кожусі; 3 - блок живлення трубки;

4 - неонова лампочка в захисному кожусі; 5 - барабан довжин хвиль монохроматора;

6 і 7 - регулювальні гвинти окуляра монохроматора; 8 - окуляр.