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

40981. Медична арахноеитомологія. Членистоногі та комахи-збудники і переносники збудників захворювань людини 46.5 KB
  Клас павукоподiбнi rchnoide Медичне значення мають представники скорпіонів павуків та кліщів. Медичне значення кліщів як збудників хвороб та переносниківзбудників захворювань людини :Розміри кліщівcrinдрібні .У багатьох кліщів голово груди і черевце зливаються в єдине ціле втрачаючи сегментацію .Ротовий отвір кліщівколючосисний або гризучесисний .
40982. Взаємовідношення мови й гендера 89.5 KB
  Мовна картина світу як результат пізнання та концептуалізації об’єктивної дійсності Мові належить активна роль у культурі й пізнанні. Вона є унікальною здатністю людини що відрізняє її від будьяких інших живих істот і решти світу. Кожен народ посвоєму розчленовує фрагменти світу і посвоєму називає їх. Формується світ тих хто говорить цією мовою тобто формується концептуальна картина світу як сукупність знань про світ що є зафіксованими у лексиці граматиці фразеології.
40983. Охорона праці. Нагляд і контроль за дотриманням законодавства про працю і правил з охорони праці 218.5 KB
  Охорона праці. Нагляд і контроль за дотриманням законодавства про працю і правил з охорони праці. Поняття охорони праці за трудовим правом Загальновідомо що економічне зростання автоматично ще не веде до збалансованого економічного і соціального розвитку. Зміни що відбуваються у структурі зайнятості й попиту на робочу силу як і до становища працівника на робочому місці умов його праці ставлять підвищені вимоги до безпеки праці.
40984. Конфлікти в колективі 40.5 KB
  Тому проблема здебільшого полягає не в наявності самого факту конфлікту а в тому який характер він носить – деструктивний чи конструктивний – і яким чином розв’язується. Конструктивна та деструктивна суть конфліктів Деструктивний конфлікт переводить причини що призвели до конфлікту на “особистостіâ€. Дана установка не веде до вирішення конфлікту а навпаки його загострює зростає упередженість проти партнера напруга у взаємостосунках посилюються неприємні почуття та переживання виникають стреси та ін. Прикладом деструктивного...
40985. Трудові спори і порядок розв’язання 183.5 KB
  Поняття трудових спорів та їх класифікація При здійсненні відносин людей під час трудової діяльності між працівниками і власниками підприємств або уповноваженими ними органами можуть виникати й часто виникають різного роду непорозуміння. Перебудова виробничих і трудових відносин нові форми застосування і використання праці істотно вплинули не тільки на індивідуальні трудові відносини а й на структуру і зміст організаційноуправлінських відносин що виникають між власником підприємства або уповноваженою ним особою з одного боку і трудовим...
40986. 4-х комнатный жилой дом мансардного типа 103.5 KB
  Расширился ассортимент, и повысилось качество применяемых в отечественном строительстве отделочных материалов — всех видов керамической плитки, покрытий для пола и стен, а также керамических санитарных и санитарно-технических изделий.
40987. Мова і культура 148.5 KB
  Однак з іншого боку у самій матерії мови у ряду істотних характеристик мовної структури позначилася біологічна природа людини. Психофізіологічні можливості знакової діяльності людини зумовили багаторівневу організацію мови визначили кількісні параметри окремих рівнів наприклад обсяг фонологічної системи що коливається в різних мовах в інтервалі від 10 до 100 одиниць; обсяг словника в інтервалі від 10 тисяч до півмільйона слів; вияв надмірності в мові. Культура визначає план змісту мови. У молекулярній біології і семіотиці був виявлений...
40988. Стратегии позиционирования в маркетинге, стратегия эффективного позиционирования, проблемы разработки стратегии позиционирования 233 KB
  Целью данной работы является детальное изучение понятия позиционирования в маркетинге и рассмотрение стратегий позиционирования. Для достижения поставленной цели мною решались следующие задачи: раскрытие понятия позиционирования, выявления ключевых концепций и идей позиционирования
40989. ПОЛІТИЧНА ЛІНГВІСТИКА. МОВНА ПОЛІТИКА 115.5 KB
  Потрыбно постійно пам’ятати що будьяке рішення щодо мови – це політичне рішення яке має прийматися при одночасному врахуванні об’єктивних комунікативних потреб й механізму групової ідентифікації. Крисін– ставлять перед собою і таке завдання: регулювати розвиток і функціонування мови мов не покладаючись цілком на самоплин мовного життяâ€. На нашу думку не самі соціолінгвісти регулюють розвиток і функціонування мови чи мов у суспільстві а держава – її владні інститути. Сьогодні вже можна говорити про чітко окреслену...