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

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

In experimentul Masurarea spectrelor liniare ale gazelor inerte si vaporilor metalici folosind un spectrometru cu retea, un spectrometru cu grating este utilizat pentru a observa liniile spectrale ale gazelor inerte si vaporilor de metale care au fost excitate pentru a emite lumina. Pentru identificarea initial a liniilor spectrale “necunoscute”, unghiurile de deviere sunt masurate si apoi convertite in lungimi de unda corespunzatoare.

Obiectivele experimentului includ:

• Ajustarea spectrometrului cu grating.
• 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 grating este folosit pentru a separa aceste linii spectrale. Lumina este difractata la grating; razele de lumina de aceeasi lungime de unda se suprapun, producand maxime de intensitate ascutite. Lumina cu lungimi de unda lungi este deviata mai mult decat cea cu lungimi de unda scurte.

In spectrometrul cu grating, 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 grating G sub forma de fascicul paralel, adica toate razele sunt incidente pe grating sub acelasi unghi. Gratingul difracta 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.

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 unghiurilor 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 difractie si lungimea de unda este liniara (sin a , l, spectru normal). Atunci cand se asociaza lungimile de unda ale unei surse de lumina necunoscute cu deviatiile prin grating, nu este necesara calibrarea initiala a spectrometrului – in contrast cu spectrometrul cu prisme (spectru de dispersie). Pe baza difractiei liniilor spectrale individuale, este posibil sa se asocieze acestea cu lungimile de unda corespunzatoare. Acestea sunt apoi comparate cu o tabela de referinta adecvata pentru a determina sursa de lumina.