Lucrări de laborator № К2
DETERMINAREA RIDBERGULUI CONSTANT CU SPECTRUL DE DISEMINARE A HIDROGENULUI
Scopul lucrării. determină frecvențele liniilor spectrale din partea vizibilă a spectrului de emisii de hidrogen și calculează valoarea constantei Rydberg.
Echipamente. o lampă cu hidrogen, o lampă de neon, o lentilă, un monochromator UM-2 sau MUM.
Scurt informații teoretice
Emisia de lumină de către atomi are loc în porții-quanta la tranziția unui electron într-un atom dintr-o stare staționară în alta, energetic mai scăzută. Energia cuantică este h , unde h este constanta Planck și este frecvența radiației emise.
Conform mecanicii cuantice, frecvența depinde de energia stărilor staționare ale unui electron într-un atom, după cum urmează:
unde En și Ek sunt energiile stadiilor staționare inițiale și finale ale atomului, respectiv; k este numărul de nivel de energie al atomului la care se produce tranziția electronului după emisie, n este numărul de nivel din care trece electronul atunci când atomul este emis de energia electromagnetică. R este constanta lui Rydberg; c = 3 ∙ 10 8 m / s - viteza luminii în vid.
Liniile spectrului de hidrogen sunt grupate într-o serie (vezi figura 1).
O serie de linii Lyman apare în tranziția electronilor de la stările staționare energetic la cele mai înalte. Pentru aceste linii, k = 1, n = 2, 3, .... iar frecvențele sunt în regiunea invizibilă a spectrului ultraviolet.
Liniile din porțiunea vizibilă a spectrului - seria Balmer - sunt caracterizate prin tranziții de electroni din stările cu numerele n = 3, 4, 5, ... într-o stare cu numărul k = 2. Trecerea unui electron de la o stare n = 3 stare cu k = 2 corespunde liniei roșii în spectru, tranziția de la starea de n = 4 într-o stare cu k = 2 - linia verde-albastru și o tranziție de la o stare n = 5 într-o stare cu k = 2 - linie violet în spectrul hidrogenului.
electroni Treceri la nivel cu numărul k = 3, cu niveluri mai mari de energie formează o serie de linii de PASCHEN, ale căror frecvențe sunt în domeniul infraroșu invizibil și t. D. Fiecare linie spectrală corespunde o anumită frecvență și lungime de undă , legate de
În această lucrare este necesar să se determine experimental frecvențele celor trei linii observate din seria Balmer. Folosind rezultatele obținute, se calculează constanta Rydberg din formula (1).
Frecvențele spectrului de hidrogen sunt măsurate utilizând un monochromator UM-2, schema optică a acestuia fiind prezentată în Fig. 2. Lumina de la lampa cu hidrogen 1 este focalizată de lentila 2 pe fanta de intrare 3 a monocromatorului. Decalajul se află în centrul lentilei 4 și intră în partea mobilă a monochromatorului, într-un așa-numit colimator. Rotiți butonul 5, puteți deplasa colimatorul de-a lungul axei optice. Trecând obiectivul 4, lumina cu un fascicul paralel cade pe prisma 6 și se descompune în spectru. Lentilele 7 focalizează spectrul în câmpul de observare. Observați spectrul prin ocularul 8. Ocularul are un inel de rulare, a cărui rotire poate obține cea mai clară imagine a observării spectrului. În partea inferioară a slotului 3 este un șurub cu micrometru, care vă permite să modificați lățimea slotului.
Imaginea spectrului este observată prin introducerea regiunii dorite în mijlocul câmpului vizual. Pentru aceasta, rotiți tamburul 9, situat în partea dreaptă a telescopului monocromatorului. Tamburul este echipat cu o scară care vă permite să determinați întoarcerile în grade. Diviziunea scării este 2 Preț. Poziția liniei spectrale este contorizată în momentul alinierii liniei cu indicatorul săgeți în centrul câmpului vizual. Indicatorul săgeții și modelul spectrului ar trebui să fie observate în mod egal. Pentru a face acest lucru, setați ocularul la observația ascuțită a indicatorului de săgeți și apoi rotiți roata de mână 5 pentru a obține o imagine clară a observării spectrului. Fanta de intrare are un amortizor 10 care întrerupe fluxul luminos. În poziția de lucru, clapeta trebuie să fie deschisă.
Scala de tambur este clasificată la frecvențe. Pentru a face acest lucru, folosim un spectru bine studiat de emisii de neon, o descriere a cărei descriere este prezentată în Tabelul. 1.
Descrierea spectrului emisiilor de neon
Notă. Pentru a facilita observarea liniei roșii 1, linia roșu-portocalie 2 și linia galbenă 3, întreaga parte roșie-galbenă a spectrului de neon este reprezentată într-o figură separată de pe bancul de laborator.
Ordinea de executare a muncii
Instalați lampa de neon de pe șina optică și direcționați radiația către fanta de intrare a monocromatorului. Setați lățimea minimă a slotului. Observând prin ocular spectrul de neon, combinați cu indicatorul de săgeată fiecare dintre liniile descrise în tabelul. 1. Valoarea unghiului de rotație pe scala tamburului și lungimea de undă din tabel. 1 pentru fiecare linie introduceți în Tabel. 2. Trecând de la liniile roșii, portocalii și galbene strălucitoare la liniile slabe din regiunile verzi și albastre ale spectrului, ar trebui să măriți treptat lățimea fantei.
Numărul liniei spectrului de frecvențe neonale
Folosind datele din tabel. 2, pentru a construi un grafic gradat al dependenței unghiului de rotație de frecvență. Când construiți o diagramă, respectați următoarele scale. Pe axa "frecvență", 1 cm ar trebui să corespundă la 10,10 12 Hz, pe axa "unghiul de rotație" 1 cm ar trebui să corespundă la rotația 100 ° a tamburului.
Introduceți în tabel. 3 citiri ale scalei de tambur corespunzătoare fiecăreia dintre liniile observate ale spectrului de hidrogen.
Folosind graficul de calibrare construit, determinați frecvențele liniilor spectrului de hidrogen.
Conform Fig. 1 setați numerele de nivel n și k ale stărilor inițiale și finale ale electronului pentru fiecare linie a spectrului de hidrogen. Rezultatele sunt prezentate în Tabelul. 3.
Folosind formula (1), calculați constantul Rydberg pentru fiecare linie din seria Bolmer. Găsiți valoarea medie a constantei Rydberg și comparați-o cu valoarea tabelară R = 1,097 ∙ 10 7 m -1.
De ce este luată spectrul de neon pentru absolvire? Este posibil să se utilizeze spectrul emisiilor unui alt element?
Listați seria spectrului de hidrogen. Ce tranziție corespunde titlului din fiecare serie?
Ce determină limita seriei? De ce intensitatea scade până la limita seriei?
Ce tranziții corespund liniilor părții vizibile a spectrului de hidrogen? Care este seria spectrală?
la lucrările de laborator № К2
Detlaf, cursul fizicii AA: manual. în 3 volume de T. 3 / AA Detlaf, BM Yavorsky, LB Milkovskaya. - M. 1979.
Zisman, GA Curs de fizică generală: Manual. în 3 volume. T. 3 / GA Zisman, OM Todes. - M. 1974. - p. 267.
Saveliev, IV Curs de fizică generală: Manual. în 3 volume de T.3 / IV Saveliev. - M. 1979. - p. 305.