2.5. Doświadczenie – Spektrum

Do doświadczenia będzie potrzebny spektrometr (il. 2.30 i il. 2.31). Jest to przyrząd, w którym następuje rozdzielenie wiązki światła na składowe barwne. Jako element rozdzielający typowo służy pryzmat lub siatka dyfrakcyjna.

Ilustracja 2.30. **Spektrometr szkolny z siatką dyfrakcyjną**

Doświadczenie będziemy mogli wykonać, jednakże w skromniejszym zakresie, jeżeli zamiast spektrometru (pozwala on obserwować i mierzyć) zastosujemy spektroskop (pozwala on tylko obserwować) zawierający siatkę dyfrakcyjną. Spektroskop taki można wykonać samodzielnie w warunkach domowych. Instrukcje do jego wykonania możesz łatwo znaleźć w Internecie, wpisując w wyszukiwarce internetowej hasło „domowy spektroskop”.

Szczelinę wlotową spektrometru będziemy oświetlać z różnych źródeł i badać skład widmowy emitowanego światła. Potrzebne będą rurki wyładowcze z różnymi gazami, np. z wodorem lub helem, oraz świetlówki. Jeżeli będziemy dysponować rurką wyładowczą z wodorem, to może uda nam się zaobserwować prążki widmowe serii Balmera. Jeżeli będziemy dysponować tylko wspomnianymi wyżej świetlówkami akwariowymi, to widma, które uzyskamy, będą podobne do gazowych, gdyż będziemy mogli zaobserwować je w postaci układu kolorowych linii na tle widma ciągłego. Światło z tych świetlówek pochodzi bowiem głównie z luminoforu, którym pokryte są wewnętrzne ścianki świetlówek. Potrzebna będzie również żarówka wolframowa.

Ilustracja 2.31. **Bieg promienia monochromatycznego w spektrometrze z pryzmatem**

Promień pada na szczelinę $Sz$ kolimatora $K$ , po czym załamuje się w pryzmacie $P$ i wpada do lunetki $L$ , całkowity kąt odchylenia promienia wynosi $\varepsilon$

Opis doświadczenia

Na stoliku spektrometru ustaw pryzmat. Zmieniając położenie kątowe lunetki spektroskopu, ustaw ją tak, aby zaobserwować linie widmowe. Przedtem ustaw przed szczeliną kolimatora świecące źródło światła – kolejno: rurkę wyładowczą, świetlówkę akwariową i żarówkę z włóknem wolframowym.

Spektrometr pozwala na zmianę ustawienie pryzmatu na stoliku obrotowym. Najlepsze ustawienie uzyskasz wtedy, gdy kąty załamania promieni w pryzmacie będą minimalne. Aby ustawić taki minimalny kąt dla określonego prążka, należy powoli obracać pryzmat w takim kierunku, żeby obserwowana linia widmowa w lunetce była odchylana pod coraz to mniejszymi kątami (il. 2.32).

Ilustracja 2.32. Strzałkami w kolorze niebieskim pokazano kierunek obracania pryzmatu i lunetki w celu uzyskania minimalnego kąta odchylenia promienia w spektrometrze

W pewnym momencie linia widmowa zatrzyma się, po czym zacznie zawracać. Kąt załamania promienia w pryzmacie będzie minimalny w momencie zawracania linii. Wtedy pozostałe linie też będą odchylane pod minimalnymi kątami.

Włącz kolejno poszczególne rurki wyładowcze, świetlówki i żarówkę wolframową. Umieść siatkę dyfrakcyjną blisko oka i obserwuj ich światło za jej pośrednictwem. Jeżeli masz spektrometr, obserwuj światło przez lunetkę spektrometru. Zmierz kąt odchylenia promienia dla każdego prążka widma określonego gazu.

W przypadku żarówki wolframowej otrzymasz widmo ciągłe – zmierz kąty odchylenia skrajnych promieni widma.

Wykonaj rysunki widm (jedne pod drugim), umieszczając na nich kolorowe linie w odpowiednich położeniach kątowych.

Wyciągnij wnioski z przeprowadzonych doświadczeń, odpowiadając na poniższe pytania.

a) Dlaczego widma gazów rozrzedzonych (w rurkach wyładowczych) są liniowe, a nie ciągłe?

b) Dlaczego położenia linii widmowych różnych gazów różnią się od siebie?

c) Dlaczego linie widmowe grupują się w przypadku świetlówki?

d) Dlaczego widmo światła żarówki z włóknem wolframowym jest ciągłe?