Контрольные вопросы

1. Какие физические законы лежат в основе принципа действия пирометра?

2. Как читается закон Кирхгофа?

3. Будет ли температура, измеренная пирометром, равна действительной температуре тела?

4. Что называется излучательной способностью тела?

5. Какова размерность излучательной способности тела в СИ?

6. Какой физический смысл имеет коэффициент, измеряемый в данной работе?

7. Что называется поглощательной способностью тела?

8. Какова единица измерения поглощательной способности тела в СИ?

9. Как читается закон Вина?

Работа №3.9 изучение линейчатых спектров. Градуировка спектроскопа и определение постоянной ридберга по спектру гелия

Цель работы: ознакомьтесь с линейчатыми спектрами испускания водорода и гелия. Проградуируйте спектроскоп по спектру водорода. Определите по­стоянную Ридберга по спектру гелия.

Приборы и принадлежности: двухтрубный спектроскоп, газоразрядные трубки, заполненные водородом и гелием, высоковольтный генератор для поджига трубок, источник постоянного тока.

Введение

Дисперсия света состоит в разложении белого света на его составляющие при пропускании, белого света, через трехгранную, призму.

Явление дисперсии света объясняется зависимостью коэффициента преломления от длины световой волны.

При пропускании белого солнечного света через трехгранную призму (рис. 9.1) на экране получают цветную полоску, называемую спектром.

Солнечный свет дает сплошной спектр с непрерывным переходом одних цветов в другие. Это означает, что в солнечном (белом) свете присутствуют электромагнитные волны всех длин волн.

Рис. 9.1

При использовании некоторых искусственных источников света спектр получается линейчатым. Он состоит из отдельных светлых полос (линий), разделенных темными промежутками.

Это указывает на то, что свет от таких источников состоит лишь из коле­баний, соответствующих определенным длинам волн. Линейчатый спектр дают разреженные газы при прохождении через них электрического тока, пары ме­таллов при нормальном давлении. Установлено, что каждому элементу соот­ветствует определенный спектр.

Одной из важнейших закономерностей атомных спектров является сериаль­ное строение этих спектров. Сериальные закономерности являются проявлением квантовых свойств излучающих атомных систем. Спектральные линии атомного спектра элемента могут быть объединены в определенные закономерности, по­строенные в так называемые серии.

В наиболее простой форме сериальные закономерности проявляются в спект­ре одноэлектронного атома — атома водорода. Закономерности в спектре из­лучения атома водорода объясняются квантовой теорией, в основе которой ле­жат постулаты Бора. Линии всех серий атома водорода объединены в «сери­альной формуле», вид ее

(9.1)

где v — частота излучаемого света;

R — постоянная Ридберга, R = 3,29 • 10¹⁵ сек-¹; n, m — квантовые числа;

n — номер энергетического уровня, на который переходит электрон; m — номер энергетического уровня, с которого переходит электрон. При излучении света атомом m>n.

В зависимости от значения n в спектре излучения атома водорода разли­чают следующие серии:

1. Серия Лаймана: n = 1. m = 2, 3, 4... Эта серия линий лежит в области ультрафиолетовых лучей. Из формулы (9.1) для серии Лаймана имеем:

2. Серия Бальмера: n = 2, m = 3, 4, 5... Эта серия имеет четыре линии, лежащие в области видимых лучей. Остальные линии лежат в области ультрафиолетовых лучей. Из формулы (9.1) для серии Бальмера:

(38.2)

3. Серия Пашена: n = 3, m = 4, 5, 6... Эта серия линий лежит в области инфракрасных лучей. Из формулы (9.1) для серии Пашена:

При n = 4, 5, 6... образуются более далекие инфракрасные серии. Схема энергетических уровней атома водорода дана на рис. 9.2

Рис. 9.2

Наблюдаемые в спектре излучения атома водорода линии принадлежат серии Бальмера (n= 2, m = 3, 4, 5...).

Так как

В видимой части спектра атома водорода хорошо наблюдаются три линии: красная (m=3), голубая (m =4), фиолетовая (m = 5). Зная длину волны соответствующей линии, из формулы (9.2) можно найти значение постоянной Ридберга.

Для выполнения работы используется простейший из спектральных прибо­ров — двухтрубный спектроскоп.

Оптическая схема спектроскопа дана на рис. 9.3.

Рис. 9.3

В фокальной плоскости линзы L₁ коллиматорной трубы Т₁ находится щель с шириной 0,01—0,1 мм, освещаемая источником S. Из коллиматора лучи вы­ходят параллельным пучком. Проходят призму П, каждый из лучей белого света претерпевает разложение на лучи различной цветности.

Лучи одной длины волны (одного цвета) идут в призме параллельно друг другу. Затем лучи попадают в зрительную трубу T₂. В фокальной плоскости линзы L₂ лучи одинакового цвета собираются в одном месте.

Таким образом, в фокальной плоскости линзы L₂ получается спектр источ­ника S в виде изображения щели в лучах разного цвета.

Через линзу L₃ спектр рассматривается как в лупу. В фокальной плоскости окуляра имеется вертикальная металличеоская нить (визирная линия). Она служит для фиксирования спектральных линий. Установка визирной линии в нужном участке спектра производится с помощью микрометрического винта. По отсчету микрометра можно зафиксировать положение отдельной линии спектра.