3532

Определение постоянной Планка

Лабораторная работа

Физика

Определение постоянной Планка. Задача: проградуировать монохроматор по излучению ртутной лампы, построить график, из которого найти длину волны, соответствующую границе спектра поглощения. Приборы и принадлежности: универсальный монохроматор, ртутна...

Русский

2012-11-05

57 KB

36 чел.

Определение постоянной Планка.

Задача: проградуировать монохроматор по излучению ртутной лампы, построить график, из которого найти длину волны, соответствующую границе спектра поглощения.

Приборы и принадлежности: универсальный монохроматор, ртутная лампа, лампа накаливания, кювета с раствором К2Cr2O7.

ВВЕДЕНИЕ

Хорошо известно, что твердые и жидкие  раскаленные тела дают сплошной спектр, в котором красный цвет переходит незаметно в оранжевый, оранжевый в желтый и т.д.

Разреженные пары и газы дают линейчатый спектр испускания, состоящий из ряда цветных узких полосок (линий), разделенных темными промежутками, при этом каждый химический элемент имеет свой характерный спектр испускания, отличающийся числом и цветом линий. Например, для спектра натрия характерны в видимой части две близкие желтые линии. На изучении линейчатых спектров и основан спектральный анализ.

Если на пути лучей источника, дающего сплошной спектр, поместить среду, избирательно поглощающую некоторые лучи, то на их местах в сплошном спектре появятся темные полосы или линии. Такие спектры называются спектрами поглощения. Приборы, применяемые для изучения спектров, называются спектрометрами.                  

Согласно квантовой теории атомы и молекулы испускают и поглощают лучистую энергию отдельными порциями - квантами. Энергия кванта пропорциональна частоте световых колебаний:

,                                                     (1)

где Е - энергия кванта; h - постоянная Планка.

Существует много экспериментальных методов определения h и, в частности, метод, основанный на измерении границы спектра поглощения некоторых растворов.

Действие света на поглощающие вещества может вызывать их химические превращения, называемые фотохимическими реакциями. Например, при поглощении света происходит разложение бромистого водорода:

Свободные атомы соединяются далее по схеме

2Н → Н2,                     2ВrBr2.

Фотохимические реакции могут сопровождаться вторичными реакциями. Характерный пример такого рода - реакция смеси водорода и хлора. Известно, что в темноте эти газы не вступают в химическую реакцию. Однако при вспышке света они начинают очень активно взаимодействовать. Фактически при этом происходит взрыв. Суть такого бурного протекания реакции в том, что поглощенный фотон приводит к реакции огромного числа молекул, т.е. «цепной реакции», как показал Н. Н. Семенов.

Под действием света происходит фоторасщепление молекулы хлора на два свободных атома:

Cl2 + Cl + Cl.

Далее каждый атом хлора вызывает цепочку

Cl + H2HCl + H

H + Cl2  → HCl + Cl

и опять                                       Cl + Н2 → НCl + Н.

……………………. и  т.д.

Если при фотохимической реакции не происходит никаких вторичных процессов, связанных с химической активностью веществ, возникающих в результате реакции, то справедлив закон Бунзена – Роско  m = kW,  где  m - масса прореагировавшего вещества; W - энергия поглощенного света. Коэффициент пропорциональности k зависит от рода реакции и частоты света ν. Если предположить, что каждый фотон, поглощенный веществом, вызывает фотохимическое превращение только одной молекулы, то, действительно, число N молекул вещества, испытывающих фотохимическое превращение при поглощении W = 1, обратно пропорционально частоте света (или энергии одного фотона при ν ≥ ν0:

 ~  ,                          ,                    k ~ ,

где μ – молярная масса поглощающего вещества.

В настоящей работе фотохимической реакции расщепления под действием света подвергаются ионы Cr2O7 водного раствора К2Сr2О7, который окрашен в желто-красный цвет. Последнее означает, что этот раствор поглощает сине-фиолетовую часть видимого света.

К2Сr2О7 в водном растворе диссоциирует на ионы К+ и Сr2О72-, а именно

К2Сr2О7 → 2К+ + Сr2О72-.

Ионы калия в видимой части спектра свет не поглощают, а ионы Сr2О72- поглощают все лучи сине-фиолетовой части. Поэтому, если на пути белого света между источником и щелью монохроматора поместить кювету с водным раствором К2Сr2О7, то спектр будет обрезан с сине-фиолетового конца.

Ион Сr2О72-, поглощая квант, распадается на две части согласно эндотермической реакции:

Сr2О72- + ΔЕ → СrO3 + CrO42-.                             (2)

Энергия ΔЕ, необходимая для осуществления этой реакции, получается за счет поглощения ионами квантов света, т.е. фактически реакция протекает следующим образом:

Сr2О72- + → СrO3 + CrO42-.                             (3)

Эта реакция расщепления может происходить лишь при вполне определенной энергии кванта   Е ≥ ΔЕ, следовательно, при определенной частоте света. Поэтому существует некоторая минимальная частота ν0 =  или максимальная длина волны λ0, при которой еще возможно поглощение квантов света. Эта максимальная длина волны называется «красной» границей спектра поглощения. Для отщепления СrO3 от иона Сr2O72- необходимо затратить энергию ΔE = 3,67 ∙ 10-19 Дж.

Таким образом, если можно на опыте определить λ0, соответствующую границе поглощения света, то квант действия h легко определить по формуле

,                                                (4)

где с =  3 ∙ 108  м/с  - скорость света в вакууме.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ

Для наблюдения спектров испускания и поглощения используется монохроматор УМ-2 (рисунок).

Для наблюдения спектра испускания ртутной лампы она помещается перед монохроматором. Излучаемый лампой свет проходит через входную щель монохроматора (ширина которой регулируется винтом 2) и разлагается в спектр. Вращая барабан монохроматора, в окуляр 6 можно видеть поочередно линии спектра испускания ртутной лампы.                                      

Если заменить ртутную лампу на обычную лампу накаливания и поместить между ней и монохроматором раствор, способный поглощать свет определенных длин волн, в окуляр монохроматора можно наблюдать спектр поглощения данного раствора. Определив длину волны, соответствующую границе спектра поглощения, можно определить постоянную Планка.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Работа состоит из двух упражнений.

Упражнение 1. Градуирование монохроматора с помощью ртутной лампы.

1. Включить ртутную лампу.

2. Вращая барабан и наблюдая поочередное прохождение линий спектра ртутной лампы, начиная с желтой, записать соответствующее показание барабана. Цвет основных линий ртутной лампы можно сверять с данными плаката «Спектры», висящего в аудитории.

3. Данные занести в таблицу.

Таблица

Показатель

Длина волны, нм

577,0

546,1

491,6

435,8

404,6

Отсчет по шкале барабана

1

2

3

5. Построить градуировочную кривую, откладывая по оси абсцисс показания барабана, а по оси ординат - соответствующее значение длины волны.

Упражнение 2. Определение постоянной Планка.

  1.  Включить лампу накаливания и между ней и монохроматором поместить кювету с раствором К2Сr2О7.
  2.  Вращая барабан, совместить стрелку с границей спектра поглощения и  записать показания барабана.
  3.  Из градуировочной кривой определить длину волны λ0, соответствующую границе спектра поглощения, и по формуле (4) вычислить постоянную Планка.

Контрольные вопросы

  1.  Что должно быть видно в окуляр монохроматора при помещении данного раствора в лучи зеленого света?
  2.  Осуществляется ли реакция (2), если раствор К2Сr2О7 освещается светом, который излучается при переходе электрона в атоме водорода на первый уровень с любого вышележащего уровня?
  3.  Вычислите массу фотона, соответствующего границе спектра поглощения водного раствора К2Сr2О7.
  4.  Во сколько раз различаются значения коэффициента в законе Бунзена - Роско для синего и фиолетового цветов?
  5.  Как объяснить,  что разные тела мы видим окрашенными в разные цвета?
  6.  Можно ли считать постоянную Планка фундаментальной постоянной и каков ее физический смысл?
  7.  Как квантовая теория объясняет поглощение света веществом?
  8.  Какая существует связь между спектрами излучения и поглощения одного и того же вещества? Ответ пояснить.
  9.  Чем отличаются спектры излучения газов, жидкостей и твердых тел?
  10.  Каким еще методом можно определить постоянную Планка?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1.  Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1989. Гл. 36. § 36.3. –  607 с.
  2.  Сивухин Д. В. Общий курс физики: В 5 т. – М.: Наука, 1986. Т 5. Ч.1. –416 с.

8


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75472. Журналы документов системы 1С: Предприятие 50.5 KB
  Журналы документов системы 1С: Предприятие Журналы представляют собой списки объектов данных типа Документ и служат для работы с документами. Один журнал этого типа может быть назначен одновременно нескольким видам документов но документы одного вида всегда будут доступны только в одном простом журнале. Выбор документов которые будут доступны в общем журнале выполняется только при редактировании общего журнала. Существует два вида общих журналов: общий журнал с признаком Все документы позволяет выполнить отбор документов по...
75473. Понятие объекта формы, основные объекты и их свойства в СУБД MS Access 58.5 KB
  Понятие объекта формы основные объекты и их свойства в СУБД MS ccess Панель элементов используется для размещения объектов в форме. Размещение в форме произвольного текста. Размещение в форме данных из соответствующего поля базовой таблицы запроса вывод результатов вычислений а также прием данных вводимых пользователем. Создание командной кнопки позволяющей осуществлять разнообразные действия в форме поиск записей печать отчета установка фильтров и т.
75474. Определение и сущность понятия «Кэш-фло» в ИС Project Expert 24 KB
  Он является основным документом предназначенным для определения потребности в капитале выработки стратегии финансирования предприятия а также для оценки эффективности использования капитала. По сути дела CshFlow является основным документом предназначенным для определения потребности в капитале выработки стратегии финансирования предприятия а также для оценки эффективности использования капитала. Отрицательное значение сальдо расчетного счета означает что ваше предприятие не располагает необходимой суммой капитала. Важно учесть и...
75475. Способы создания форм. Использование Мастера по созданию форм 35 KB
  В данном окне предлагается выбрать источник данных для формы и способ ее создания. Этот способ позволяет разрабатывать собственные экранные формы с заданными свойствами для просмотра ввода и редактирования данных. Этот мастер использует Microsoft Excel для создания объекта сводной таблицы и Microsoft ccess для создания формы в которую внедряется объект сводной таблицы.
75476. Характеристика типа данных «Перечисления» системы 1С: Предприятие 26 KB
  Характеристика типа данных Перечисления системы 1С: Предприятие Перечисления это списки значений задаваемые на этапе конфигурирования которые применяются только в совокупности с другими типами данных и используются при вводе значений реквизитов документов справочников констант когда необходимо исключить неоднозначный ввод информации. Все значения перечисления находятся на одном уровне т. Вся работа с объектами метаданных типа Перечисление ведется в окне Конфигурация – Метаданные по ветви дерева метаданных с ключевым словом...
75477. Понятие макроса в MS Access и их применение 21 KB
  Понятие макроса в MS ccess и их применение Макросом называют набор из одной или более команд выполняющих определенные часто используемые операции например открытие форм или печать отчетов. Если записать эти действия в виде макроса то они будут выполняться автоматически при запуске макроса. Макрокоманда – основной компонент макроса инструкция которая самостоятельно или в комбинации с другими макрокомандами определяет выполняемые в макросе действия иногда макрокоманды называют просто командами макроса.
75479. Отчеты и обработка (1С) 23.5 KB
  Свойства отчета редактируются в палитре свойств Свойства отчета. Фактически объект метаданных типа Отчет или Обработка представляет собой форму модуль которой является алгоритмом построения отчета а таблица служит для выдачи результатов построения отчетов в требуемом виде. Внешним отчетом в системе называется отчет или обработка хранящийся вне конфигурации в отдельном файле внешнего отчета. Отличием внешнего отчета от объектов метаданных типа Отчет и Обработка является то что он представляет собой только форму.
75480. Понятие запроса в MS Access, создание запроса на выборку в однотабличной БД 45.5 KB
  Понятие запроса в MS ccess создание запроса на выборку в однотабличной БД Запрос это обращение к БД для поиска или изменения в базе данных информации соответствующей заданным критериям. Создание запроса Для начала создания запроса следует открыть базу данных и перейдя на вкладку Запросы нажать кнопку Создать. Появится окно Новый запрос для выбора способа построения запроса рис 3.Диалоговое окно Новый запрос Конструктор создает запрос на основе пустого бланка запроса.