Описание экспериментальной установки. Методика измерений

Для измерения длин волн спектральных линий в работе используется призменный монохроматор–спектроскоп УМ–2, предназначенный для спект­ральных исследований в диапазоне от 3800 до 10000 Å(1 Å = 0,1 нм).

На рис. 2, изображена оптическая схема установки. Пунктиром выделена оптическая схема, спектроскопа УМ–2. Свет от во­дородной лампы 1 посредством конденсорной линзы 3 фокусируется на вход­ной щели спектроскопа. Призма сравнения 4 позволяет наблюдать вместе со спектром водорода и эталонный спектр, источник которого – ртутная лампа ДРС–150 ( I ').

П 6 5 3 2 1 4 УМ-2 Блок питания Лампы ДВС-25 8 2’ Блок питания ЭСП-111 10 1’ 9 Рис.2

Основной элемент спектроскопа УМ–2 – призма 7, которая представ­ляет собой многогранник сложной формы, изготовленный из прозрачного вещества, обладающего значительной дисперсией показателя преломления Остальные элементы схемы описаны в приложении 1. Действие призмы на лучи света можно проследить на простейшем при­мере трехгранной призмы (рис. 3).

ψ

Рис. 3

Луч света, падающий на левую грань призмы под некоторым углом , вследствие преломления выходит из призмы отклоненным на некоторый угол который так и называется "углом откло­нения". Если обозначить преломляющий угол призмы ψ, показатель преломле­ния n , а углы падения и преломле­ния, как показано на рис. 3, то на ос­новании закона преломления и простых геометрических соображений можно запи­сать систему равенств:

(5)

При некотором значении , угол отклонения принимает мини­мальное значение. Несложно показать, что условия минимального отклоне­ния выполняются при симметричном прохождении луча через призму при этом Основные характеристики спектрального прибора –дисперсия и разрешение – в этом случае оказываются наилучшими.

Чем больше дисперсия спектрального прибора, тем больше расстояние между структурными элементами спектра. Различают угловую и линейную дисперсии. Угловой дисперсией называется производная ..

Продифференцировав по уравнения (5), после несложных преобра­зований можно получить выражение для угловой дисперсии призменного спектрального прибора:

или в режиме наименьшего отклонения:

Линейная дисперсия D_x получается из угловой D_xφ путем умножения ее на фокусное расстояние объектива спектрального прибора:

Она равна длине участка спектра dx , соответствующего единичному спектральному интервалу (например, равному I Å). Чаще всего выра­жается в мм / Å.

Однако на практике используют обратную линейную дисперсию

(здесь x – координатная ось, направленная вдоль спектра по экрану). Обратная линейная дисперсия спектрального прибора приблизительно может быть вычислена так:

где – разность длин волн двух близко расположенных линий в спект­ре;

– расстояние между этими линиями на экране, т.е. в фокальной плоскости объектива.

Устройство монохроматора и методика работы с ним изложены в прил.1.