Лабораторна робота №3 «Вивчення явища дисперсії світла. Градуювання монохроматора»

Мета роботи: Вивчити спектральні характеристики приладів. Вивчити монохроматор УМ-2, спектри випромінювання деяких атомів та навчитись градуювати монохроматор.

Прилади: спектроскоп, монохроматор УМ-2, неонова і ртутна лампи, сільNaCl, спиртова горілка.

І. Теоретична частина

Вивчити та написати в лабораторний зошит основні відомості про дисперсію світла та спектральні прилади [1–10]:

9. Що називається дисперсією світла? Формула Коші.

10. Нормальна та аномальна дисперсія світла. Графіки залежностей та. Закон Зельмеєра та його пояснення.

11. Призма. Вивід формули призми.

12. Лінійна та кутова дисперсія призми. Роздільна здатність призми.

13. Лінза. Формула лінзи. Оптична сила лінзи. Коефіцієнт збільшення лінзи.

14. Будова монохроматора та його призначення. Що називається процесом градуювання монохроматора?

Іі. Короткі теоретичні відомості

Вперше експериментально дисперсію світла досліджував Ньютон у 1672 р. Він спостерігав розкладання білого світла на кольори.

Дисперсіясвітла – це явище, зумовлене залежністю показника заломлення () речовини від частоти (або довжини) світлової хвилі. Цю залежність можна характеризувати функцією

або(1)

де – показник заломлення;– довжина світлової хвилі;– частота світлової хвилі.

Існує нормальна та аномальна дисперсія.нормальноюдисперсію називається така дисперсія, коли при зростанні циклічної частоти показник заломленнязростає.аномальною– якщо із збільшенням частоти показник заломленнязменшується (рис.1.).

Рис.1

В області нормальної дисперсії закон дисперсії з достатньою точністю може бути виражений формулою Коші:

(2)

де А, В, С – постійні величини для даної речовини.

Явище дисперсії світла використовується в призмових спектральних приладах, де призма із прозорого матеріалу з показником заломлення є диспергуючим пристроєм, який розкладає світло в спектр за довжинами хвиль. Промені з короткими довжинами хвиль заломлюються сильніше.

Фазова швидкість хвилі () – це швидкість поширення фази, тобто швидкість кожної точки хвильової поверхні. Вона напрямлена по нормалі до хвильової поверхні і чисельно рівна:

(3)

де с – швидкість світла у вакуумі, – діелектрична, а– магнітна проникність середовища.

Згідно теорії Максвелла:

(4)

при .

Отже

, (5)

звідки

– (6)

відношення швидкості світла (с) у вакуумі до фазової швидкості світла в середовищі ().

Після відкриття явища аномальної дисперсії і встановлення її зв’язку з абсорбцією, Зельмеєр (1871) розробив повну теорія явища. Від допустив, що молекули мають власні частоти коливань (), характерні для даної речовини. Виходячи з цього, були пояснені смуги поглинання. Формула Зельмеєра:

(7)

де – число атомів в одиниці об’єму речовини;– маса атома; е – заряд електрона;– власна частота коливань атома.

Формула (7) описує залежність показника заломлення від частоти падаючого світла. З неї випливає, щоне є сталою, яка характеризує речовину, а залежить від частоти падаючої хвилі.