Masurarea spectrelor liniare ale gazelor inerte si vaporilor metalici folosind un spectrometru cu prisma

Masurarea spectrelor liniare ale gazelor inerte si vaporilor metalici folosind un spectrometru cu prisma

In experimentul Masurarea spectrelor liniare ale gazelor inerte si vaporilor metalici folosind un spectrometru cu prisma, se foloseste un spectrometru cu prisme pentru a observa liniile spectrale ale gazelor inerte si vaporilor de metale care au fost excitate pentru a emite lumina. Pentru identificarea liniilor spectrale initial “necunoscute”, se masoara unghiurile de deviatie si apoi acestea sunt convertite in lungimi de unda corespunzatoare folosind o curba de calibrare.

Obiectivele experimentului includ:

• Ajustarea spectrometrului cu prisme.
• Calibrarea spectrometrului cu o lampa He.
• Masurarea unui spectru de linii “necunoscut”.
• Identificarea sursei de lumina “necunoscuta”.

Principiile experimentului se bazeaza pe faptul ca gazele inerte si vaporii de metale, cand sunt excitati pentru a emite lumina, produc linii spectrale specifice, adica o selectie specifica de lungimi de unda caracteristice pentru fiecare element respectiv. Masurand cu precizie aceste lungimi de unda, putem trage concluzii fundamentate despre natura acestor surse de lumina.

Un prisma este utilizat pentru a separa aceste linii spectrale. Acest lucru se datoreaza dependentei lungimii de unda a indicelui de refractie n al materialului prismei (aici sticla Flint). Razele de lumina sunt refractate in prisma si deviate in diferite grade, in functie de lungimile de unda. Luminile cu lungimi de unda mai scurte in spectrul vizibil sunt deviate mai mult decat cele cu lungimi de unda mai lungi.

In spectrometrul cu prisme, lumina care iese se propaga in mod divergent printr-o fanta verticala S, a carei latime si inaltime pot fi modificate, si cade pe lentila obiectiv O1; distanta sa de la fanta este echivalenta cu lungimea sa focala (vezi Fig. 1). Fanta si lentila formeaza impreuna un colimator. In spatele lentilei, lumina cade pe prisma P sub forma de fascicul paralel, adica toate razele sunt incidente pe prisma sub acelasi unghi. Prisma refracta lumina, iar fiecare lungime de unda este deviata sub un unghi diferit. In cele din urma, o a doua lentila obiectiv O2 focalizeaza toate razele paralele de o anumita lungime de unda intr-o imagine a fantei S in planul focal al lentilei. Astfel, se formeaza un spectru pur in planul focal, si acesta poate fi observat folosind ocularul O9. Lentila obiectiv O2 si ocularul O9 formeaza impreuna un telescop astronomic focalizat la infinit.

Prisma este pozitionata astfel incat calea fasciculului sa fie simetrica pentru o lungime de unda medie a spectrului (aproximativ 500 – 600 nm), iar deviatia este astfel minima. Acest lucru maximizeaza rezolutia spectrala.

Telescopul este montat pe un brat pivotant, astfel incat unghiul de deviatie sa poata fi masurat. Atunci cand telescopul este intors, firele de plumb pozitionate in planul focal al ocularului sunt plasate pe liniile spectrale individuale. Pentru a permite masurarea unghiului si, implicit, a pozitiei relative a liniilor, telescopul este combinat cu un cerc gradat (un disc cu o scara cu graduari de jumatate de grad) pentru a forma un goniometru. Vernierul permite citirea pozitiei cu precizie.

Relatia dintre indicele de refractie n si lungimea de unda nu este liniara. Pentru a asigna lungimile de unda ale unei surse de lumina necunoscute la deviatiile prin prisma, spectrometrul trebuie mai intai calibrat. Acest lucru se realizeaza folosind o lampa pentru care liniile spectrale sunt cunoscute si distribuite pe intregul spectru vizibil. Utilizand curba de calibrare rezultata, este posibil sa se asocieze liniile spectrale ale unei surse de lumina necunoscute cu lungimile de unda corespunzatoare. Acestea sunt apoi comparate cu o tabela de referinta adecvata pentru a determina sursa de lumina.