На рис.5. представлен внешний вид передней панели спектрографа. Исследуемый спектр можно наблюдать в выходное окно спектрографа 1. С помощью маховичка движения кассеты по вертикали 4 кассета с фотопластинкой, закрепленная в кассетную рамку 2 может перемещаться по вертикали. При этом спектр фиксируется на верхней или нижней части фотопластинки. Кассета с фотопластинкой фиксируется клиновыми зажимами 3. Маховичком 5 выбирается необходимый диапазон длин волн (отображается в окне 6). Включение подсветки шкалы длин волн производится переключателем 7.

3. НАБЛЮДЕНИЕ И ФОТОГРАФИРОВАНИЕ СПЕКТРА.

Прежде, чем фиксировать спектр на фотопластинку, полезно визуально рассмотреть изучаемые линии. Строго придерживайтесь указанной ниже последовательности действия!

1.Снимите кассету с передней панели спектрографа, отвинтив клиновые зажимы 3.

2.Установите перед входной щелью лампу ДВС-25 (по метке на рельсе).

3.Снимите колпачок с входной щели

4.Удалите диафрагму Гартмана.

5.Микрометрическим винтом установите ширину входной щели 0,4мм.

6.Шторку решетки поставьте в положение «ОТКРЫТО».

7.Затвор щели поставьте в положение «ОТКРЫТ».

8.Тумблер на блоке переключения питания ламп поставьте в положение «ДВС-25».

9.Ручку освещения шкалы поставьте в положение «ВКЛ.», при этом загорается красная сигнальная лампа.

10.Тумблер включения в сеть на панели блока питания поставьте в положение «ВКЛ.», при этом на панели загорается лампочка.

11.Пауза 30 секунд.

12.Ручкой «20-600V» установите значение тока 300 мА.

13.С помощью объектива наблюдайте светящуюся шкалу и в районе 656 нм две близко расположенные красные линии (первые линии в серии Бальмера,.

14.Маховичком длин волн установите в центре спектра линию с длиной волны 450 нм.

15.С помощью объектива наблюдайте в районе 486 нм две голубые линии (вторые линии серии Бальмера водорода и дейтерия).

16.Установите перед входной щелью лампу ДРГС-12 (по метке на рельсе).

17.Тумблер на блоке переключения питания ламп поставьте в положение «ДРГС-12».

18.На панели блока питания установите ток 300 мА (так как обычно при переключении питания ламп ток падает).

19.С помощью объектива наблюдайте линии ртути и гелия в районе длин волн 434, 446, 472, 492 нм.

7

20.Маховичком длин волн установите в центре спектра линию с длиной волны 625 нм.

21.Наблюдайте линии ртути и гелия в районе длин волн 588, 616, 668 нм.

22.Ручку освещения шкалы поставьте в положение «ВКЛ,».

ФОТОГРАФИРОВАНИЕ СПЕКТРА.

Рассмотрев все линии, приступим к фотографированию спектра. Приготовьте часы с секундной стрелкой. Строго соблюдайте последовательность действий: малейшая неаккуратность может свести на нет всю работу!

1.Тумблер включения в сеть на панели блока питания поставьте в положение «ВЫКЛ.» 2.Предварительно заряженную кассету (зарядку кассеты фотопластинками осуществляют

преподаватель или лаборант) установите на передней панели спектрографа, прочно прижав клиновыми зажимами.

3.Микрометрическим винтом установите ширину входной щели «0».

4.Затвор щели поставьте в положение «ЗАКРЫТ».

5.Маховичком движения кассеты по вертикали установите на миллиметровой шкале «20». 6.Маховичком длин волн установите в центре фотопластинки линию с длиной волны

625нм.

7.Откройте задвижку кассеты до второй вертикальной линии (линии нанесены на задвижке).

8.Засеките время и ручку освещения шкалы, поставьте в положение «ВКЛ.» 9.Пауза 3,5 мин.

10.Ручку освещения шкалы поставьте в положение «ВЫКЛ.»

11.Микрометрическим винтом установите ширину щели 0,02 нм.

12.Диафрагму Гартмана установите как на рисунке (деление 4).

13.Установите по метке на рельсе лампу ДВС-25.

14.Тумблер на блоке переключения питания ламп поставьте в положение «ДВС-25».

15.Тумблер на блоке питания, включающий прибор в сеть, поставьте в положение «ВКЛ.»

16.Пауза 30 сек.

17.Установите ток 300 мА.

18.Засеките время и поставьте затвор щели в положение «ОТКРЫТ».

19.Пауза 10 минут.

20.Затвор щели поставьте в положение «ЗАКРЫТ».

21.Диафрагму Гартмана поставьте в положение «3».

22.Установите по метке на рельсе лампу ДРГС-12.

23.Тумблер на блоке переключения питания ламп поставьте в положение

«ДРГС-12»

24.Пауза 30 сек.

25.Установите ток 300 мА.

26.Засеките время и поставьте ручку затвора щели в положение «ОТКРЫТ».

27.Пауза 6 минут.

28.Затвор щели поставьте в положение «ЗАКРЫТ».

29.Маховичком движения кассеты по вертикали установите положение «40».

30.Маховичком длин волн установите длину волны 450 нм

31.Засеките время и поставьте затвор щели в положение «ОТКРЫТ».

32.Пауза 7 минут.

33.Ручку затвора щели поставьте в положение «ЗАКРЫТ».

34.Диафрагму Гартмана поставьте в положение «4».

35.Установите по метке на рельсе лампу ДВС-25.

36.Тумблер на блоке переключения питания поставьте в положение «ДВС-25».

37.Пауза 30 сек.

38.Установите ток 300мА.

8

39.Засеките время и ручку затвора щели поставьте в положение «ОТКРЫТ».

40.Пауза 8 минут.

41.Ручку затвора щели поставьте в положение «ЗАКРЫТ».

42.Ручкой «20-600V» установите минимальное значение тока.

43.Тумблер включения в сеть на панели блока питания поставьте в положение

«ВЫКЛ.».

44.Засеките время и ручку освещения шкалы поставьте в положение «ВКЛ.».

45.Пауза 10 минут.

46.Ручку освещения шкалы поставьте в положение «ВЫКЛ.».

47.Закройте задвижку кассеты.

48.Отсоедините кассету от кассетной рамки.

Далее необходимо проявить фотопластинки. Все указания по проявлению получите у преподавателя.

4. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Прежде, чем приступить к обработке фотопластинок, вычислите по формуле (17) длины волн первых четырех линий серий Бальмера для водорода и дейтерия (все данные для расчета см. в Приложении № 1). Определите изотопический сдвиг для каждой из четырех пар линий.

Теперь приступим к обработке пластинок. Если фотографирование было выполнено правильно, то на пластинках должны быть получиться четыре пары линий водорода и дейтерия. На Рис.7. изображен участок фотопластинки в районе длин волн от 474 нм до 492 нм. Цифры на фотопластинке обозначают длину волны в нанометрах. Цифрами 1 обозначены линии ртути и гелия (верхний ряд линий). Цифрами 2 обозначены бирюзовые линии водорода и дейтерия (нижний ряд линий).

Рис.7. Участок фотопластинки с водородной и дейтериевой линиями серии Бальмера. 1-эталонные линии; 2-линии водорода и дейтерия

Задача состоит в том, чтобы вычислить длины волн линий водорода и дейтерия (линий 2 на рис. 7). Казалось бы, это можно сделать следующим образом: измерим расстояние между метками 484 нм. и 488 нм – пусть это расстояние равно Х мм. Тогда величина D=(488484)/X определяет линейную дисперсию дифракционной решетки. Далее измерим расстояние от первой линии до метки 484 нм (до пунктира на рис.7): пусть эта величина равна К мм. Тогда длина волны дейтериевой линии равна: λ=484+D*K

Таким методом можно пользоваться, но результат будет не очень точным. Дело в том, что из-за люфта в механических частях спектрографа нет полного соответствия между шкалой и линиями спектра. Поэтому шкалой пользуются лишь для ориентировки. Находят же длины волн исследуемых линий (в нашем случае – водорода и дейтерия), пользуясь эталонным спектром с известными длинами волн (у нас – спектр гелия и ртути). Этим способом вычисляются длины волн и в данной работе.

9

Идея метода состоит в следующем. К работе прилагается нанесенный на миллиметровую бумагу спектр с линиями водорода и дейтерия (красного цвета), гелия и ртути (черного цвета). Длины волн эталонного спектра известны и нанесены на миллиметровку в ангстремах. Необходимо сравнить (идентифицировать) этот спектр со спектром, полученным в работе. Например, на рис. 8. зафиксированы линии гелия и ртути с длинами волн λ1 =4756,6 А

(1) и λ2= 4916,67 А (3).

Рис.8. Определение длин волн линий дейтерия и водорода

На компараторе определим координаты линий в [мм]. Тогда линейная дисперсия D

равна:

-определяет число ангстрем, приходящееся на 1 мм фотопластинки. Измерим координаты линий дейтерия и водорода XD , XH. Далее можно определить длины волн исследуемого спектра:

В каждом конкретном случае выбор формулы 19а или 19б определяется взаимным расположением линий. Следует помнить, что определяя дисперсию по формуле 18, мы интерполируем кривую дисперсии прямой на участке λ1 ÷ λ2. Поэтому для уменьшения погрешности вычисления λH , λD необходимо при расчете выбирать ту из эталонных линий, к которой ближе расположена определяемые линии. Например, для случая, изображенного на рис.8. λH , λD определяются по формуле 19б, так как исследуемые линии расположены ближе к λ2. Теперь легко найти длины волн исследуемых линий:

λD = λ2 − D(x2 − xD )

Указанным способом вычислить длины волн всех видимых на пластинке пар линий водорода и дейтерия (обычно 4 пары), найдите изотопический сдвиг для каждой пары и сравните результаты с данными теоретических расчетов.

Результаты вычислений занесите в таблицу:

Таблица. 1.