Практическая часть Градуировка монохроматора.
В настоящей работе для разложения света на спектральные составляющие используется универсальный монохроматор УМ-2. Схема монохроматора показана на рисунке 4.
Освещаемая светом исследуемого источника входная щель S коллиматорной трубы К выделяет узкий пучок света. Входная щель находится в
фокусе коллиматорного ахроматического объектива L1, который формирует параллельный пучок лучей. Параллельный пучок лучей падает на диспергирующий элемент - призму Р, установленную на вращающемся столике Т. Вращение столика Т вызывается поворотом барабана монохроматора, который расположен справа от зрительной трубы М.
Действие призмы основано на том, что ее показатель преломления n зависит от длины волны падающего света (явление дисперсии света), а, следовательно, угол отклонения луча призмой будет различным для разных длин волн.
Линза L2 зрительной трубы М собирает свет, разложенный призмой Т по длинам волн и формирует изображение спектра, который рассматривается в окуляр О. Окуляр имеет указатель (визира) в виде стрелки и служит для градуировки монохроматора.
Градуировкой монохроматора называют процесс, с помощью которого устанавливается однозначная связь между отсчетом по шкале делений барабана монохроматора и длиной волны спектральной линии, расположенной против указателя (визира) в зрительной трубе. Угловая дисперсия призмы существенно зависит от длины волны, поэтому градуировочные (по длинам волн) характеристики приборов нелинейны и для выполнения градуировки нужно использовать большое число линий с известными длинами волн. Для градуировки используется эталонный источник света, у которого имеются линии во всех областях спектра. Длины волн этих линий должны быть известны с высокой точностью. Результаты градуировки представляются в виде графиков, таблиц или в виде новой шкалы.
В настоящей работе в качестве эталонного источника света используется ртутная лампа. Изготовленная из специального кварцевого стекла и заполненная парами ртути трубка лампы пропускает свет в очень широком диапазоне (включая видимую и ультрафиолетовую области спектра). Трубка лампы (для защиты глаз от ультрафиолетовых лучей) помещена в светонепроницаемый корпус с небольшим окном для выхода излучения. Запрещается смотреть непосредственно на выходное окно ртутной лампы, т.к. при прямом попадании света в глаза возможен ожог сетчатки глаза.
Включите ртутную лампу, прогрейте ее в течение 10 минут. Замените съемную выходную щель монохроматора в зрительной трубе М на окуляр О. Выходное окно включенной ртутной лампы расположите напротив входной щели монохроматора. С помощью конденсорной линзы сфокусируйте излучение ртутной лампы на входную щель монохроматора. Обычные стеклянные линзы и призма монохроматора задерживают ультрафиолетовое излучение, поэтому в окуляре зрительной трубы будут видны только отдельные спектральные линии различного цвета и интенсивности, принадлежащие видимому спектру ртути. Наблюдая спектр в окуляр, перемещением ртутной лампы добейтесь максимальной яркости спектральных линий. Вращение барабана монохроматора приводит к повороту столика Т, на котором расположена призма Р, и наблюдаемый в окуляре спектр источника излучения будет перемещаться относительно стрелки окуляра (визира). Измерения рекомендуется проводить при перемещению по спектру от красной к фиолетовым областям. Вращая барабан, рассмотрите спектр паров ртути в окуляр. Для того, чтобы увидеть две желтые линии ртути с близкими длинами волн, уменьшите ширину входной щели монохроматора S. Спектральные линии должны быть достаточно узкими. Для градуировки выбираются наиболее яркие линии ртути, точные значения длин
волн которых приведены в таблице 1. Длина волны спектральных линий в таблице приведена в ангстремах (1 = 10-8 см).
Совместите визир со спектральной линией ртути. Для получения наиболее точных измерений визир всегда должен приближаться к линии только с одной стороны, в нашем случае - с правой. Занесите показания шкалы барабана монохроматора для соответствующего цвета в таблицу 1. Проведите измерения для других линий и заполните таблицу 1. Выключите ртутную лампу.
Таблица 1
|
Спектральные линии ртути |
Длина волны,Å |
Показания шкалы |
|
Красная |
7081,9 |
|
|
Красная |
6234,4 |
|
|
Желтая |
5790,6 |
|
|
Желтая |
5769,6 |
|
|
Зеленая |
5460,7 |
|
|
Голубая |
4916,0 |
|
|
Синяя |
4358,3 |
|
|
Фиолетовая |
4077,8 |
|
|
Фиолетовая |
4046,6 |
|
По данным таблицы 1 постройте градуировочный график (градуировочную кривую монохроматора). По оси ординат OY откладываются длины волн спектральных линий ртути, по оси абсцисс ОХ - соответствующие им показания по шкале барабана монохроматора. Градуировочный график должен иметь вид плавной монотонной линии. С его помощью по измеренным значениям положений (делений шкалы барабана) спектральных линий любого другого излучения можно определить их длины волн.