50234

Вивчення серіальних закономірностей в спектрі випромінювання водню і визначення сталої Планка

Лабораторная работа

Физика

Найбільш вивченим є спектр атома водню. Частоти випромінювання атома водню можна описати узагальненою формулою Бальмера у вигляді 4.4: 1 де частота випромінювання атома водню при його переході з го енергетичного рівня на й енергетичний рівень...

Украинкский

2014-01-18

428.5 KB

8 чел.

Лабораторна робота №44

Вивчення серіальних закономірностей в спектрі випромінювання водню і визначення сталої Планка

Мета роботи

Експериментально дослідити видиму частину спектра випромінювання атомів водню, за результатами вимірювань розрахувати сталу Планка

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати серіальні закономірності формування спектра випромінювання атома водню та вміти їх пояснити

за теорією Бора (§4.1)

Прилади і матеріали

Монохроматор типу УМ–2, неонова лампочка, прилад СПЕКТР–1

Теоретичний відомості і опис установки

Як відомо спектр кожного газу складається з окремих спектральних ліній або груп (серій) близько розташованих ліній. Найбільш вивченим є спектр атома водню. Частоти випромінювання атома водню можна описати узагальненою формулою Бальмера у вигляді (4.4):

                                                              ,                                                         (1)

де   частота випромінювання атома водню при його переході з го енергетичного рівня на й енергетичний рівень;   стала Рідберга;  і цілі числа (, а  набуває значень

і т.д.).

Стала Рідберга  у формулі (1) визначається співвідношенням (4.7) (див. §4.1)

 ,                                                                   (2)

де порядковий номер атома водню (=1); m=9,11·10-31 кг – маса електрона; е=1,6·10-19 Кл – заряд електрона; =8,85·10-12 Ф/м – електрична стала; с=3·108 м/с – швидкість світла у вакуумі;   стала Планка.

Кожному значенню  в (1) відповідає серія спектральних ліній. Для видимої частини спектра атома водню =2.

Формулу (1) з урахуванням (2) можна записати таким чином:

                       .                                                    (3)

Виражаючи частоту випромінювання  через довжину хвилі  з (3) одержуємо вираз для визначення сталої Планка:

    .                                                       (4)

З врахуванням того, що для атома водню =1  вираз (4) перепишемо у вигляді

.                                                             (5)

Перехід атомів газу із основного стану в збуджений легко здійснити за допомогою електричного розряду в розрідженому газі. Перехід атомів із збудженого стану в основний проходить спонтанно (самовільно) з випромінюванням ліній усіх серій.

В даній лабораторній роботі визначають наступні лінії в спектрі випромінювання водню, які лежать у видимій частині спектру і становлять 400600 нм:

  •  червону лінію , (= 3);
  •  зелено-голубу лінію , (= 4);
  •  фіолетово − синю лінію , (= 5);
  •  фіолетову лінію , (= 6).

Експериментальна установка зібрана на основі монохроматора УМ–2, який використовується як спектроскоп. Оптична схема установки наведена на рис. 1.

Рис. 1

1 − воднева газорозрядна трубка; 2 − блок живлення трубки; 3 – збиральна лінза; 4 − вхідна щілина;

5 − об’єктив коліматора; 6 − дисперсійна призма; 7 − об’єктив зорової труби; 8 − візир; 9 − окуляр;

10 – захисний кожух неонової лампочки; 11 неонова лампочка.

На вхідну щілину 4 монохроматора направляють світло від неонової лампочки 11 в кожусі 10 або газорозрядної водневої трубки 1 пристрою СПЕКТР –1.

Загальний вигляд установки зображений на рис. 2.

Рис. 2

1 монохроматор; 2 воднева газорозрядна трубка в захисному кожусі; 3 блок живлення трубки;

4 неонова лампочка в захисному кожусі; 5 барабан довжин хвиль монохроматора;

6 і 7 регулювальні гвинти окуляра монохроматора; 8 окуляр.

Послідовність виконання роботи

ЗАВДАННЯ 1. Градуювання монохроматора

Для цього (див.рис.2):

  1.  Розмістити близько до вхідної щілини монохроматора 1 неонову лампочку 4, яка розміщена в захисному кожусі, і увімкнути її в мережу 220 В.
  2.  Встановити ширину вхідної щілину монохроматора ~ 0,22 мм.
  3.  Досягнути чітке зображення спектральних ліній в окулярі 8 монохроматора за допомогою

регулювальних гвинтів 6 та 7, а оптимальну ширину спектральних ліній – незначним регулюванням ширини вхідної щілини монохроматора.

  1.  Плавно обертаючи барабан 5 довжин хвиль монохроматора, суміщати з візиром монохроматора видимі в окуляр 8 спектральні лінії випромінювання неону та встановлювати відповідність між значеннями  і відносними поділками  шкали барабана довжин хвиль (для спектру випромінювання неону значення  вказані на робочому місці).
  2.  Результати вимірювань записати в таблицю 1.
  3.  Вимкнути з мережі 220 В неонову лампочку і зняти її з оптичної лави.
  4.  Побудувати графік залежності  (графік градуювання монохроматора), відкладаючи по осі Х відносні поділки  шкали барабана 5 довжин хвиль, а по осі Y − довжини хвиль  відповідних ліній.

, Å

n, відн. од.

                                                                                                                                               Таблиця 1

ЗАВДАННЯ 2. Визначення довжин хвиль спектральних ліній випромінювання атомів  

                         водню та сталої Планка

  1.  Розмістити на місці неонової лампочки прилад СПЕКТР – 1.
  2.  Увімкнути прилад СПЕКТР–1 в мережу 220 В і встановити перемикач на ньому в положення “H2”.
  3.  Переміщаючи окуляр 8 зорової труби монохроматора 1 за допомогою регулювальних гвинтів 6 і 7 добитися чіткого зображення ліній випромінювання атомів водню в окулярі.
  4.  Дивлячись в окуляр монохроматора, встановлювати почергово поворотом барабана 5 довжин хвиль спектральні лінії випромінювання водню навпроти візира монохроматора і проводити відліки, що відповідають цим лініям, за шкалою барабана монохроматора. Візуальний пошук ліній необхідно починати з найбільш інтенсивної червоної  лінії. Одержані результати записати в таблицю 2.

УВАГА! В спектрі водневої трубки поряд з лініями атомного спектру спостерігається спектр молекулярного водню.

Таблиця 2

Колір і індекс лінії

n,

відн.од.

λ,

нм

Квантові числа

h·1034,

Дж·с

Δh·1034,

Дж·с

δh, 100%

n

k

Яскраво−червона,

H

2

3

Зелено−голуба,

H

2

4

Фіолетово−синя,

H.

2

5

Фіолетова,

2

6

Сер.

хххх

хххх

хххх

хххх

  1.  Користуючись кривою градуювання монохроматора визначити довжини хвиль кожної з ліній випромінювання водню.
  2.  Розрахувати за формулою (5) сталу Планка, використовуючи довжини  хвиль ліній випромінювання водню: , ,і .
  3.  Дані, які одержані в п.п. 5−6, записати в таблицю 2.
  4.  Проаналізуйте одержані результати і зробіть висновки.

Контрольні запитання

  1.  Які серії випромінювання, крім серії Бальмера, ще має спектр випромінювання атом водню?
  2.  Який фізичний зміст мають квантові числа  і  у формулі (1)?
  3.  Сформулюйте постулати Бора. Як з їх допомогою пояснити лінійчатий характер спектру випромінювання атома водню?
  4.  Які фізичні величини необхідно знати для того, щоб розрахувати постійну Планка в даній роботі?
  5.  Знайдіть частоту обертання електрона в атомі водню.
  6.  Виведіть формулу, яка визначає повну енергію електрона в атомі водню.

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21135. 11 СПОСОБОВ УБИТЬ СИСТЕМУ ИЛИ ЧЕГО НЕ СЛЕДУЕТ ДЕЛАТЬ ВО ИЗБЕЖАНИЕ НЕПРИЯТНОСТЕЙ С ПК 85 KB
  Не так давно сотрудники сайта PCstats Newsletter задали своим читателям вопрос: Вы когданибудь сталкивались с неожиданной как Вам казалось и к сожалению фатальной поломкой системы В ответ они получили массу историй проанализировав которые они пришли к следующим выводам: Наиболее часто причиной фатальной поломки становятся: Блоки питания 26 Бракованные компоненты и пренебрежение вопросами совместимости со стороны пользователя 23 Неправильная сборка 15 Компоненты отвечающие за нормальное охлаждение системы 13...
21136. Надежность. Критерии надежности 57 KB
  Средним временем исправной работы изделий называют среднее арифметическое время исправной работы каждого образца. Если имеется N образцов время исправной работы которых соответственно ровно t1 t2 t N то среднее время исправной работы Так же установить момент выхода их строя каждого испытуемого образца очень сложно то на практике Тср определяют следующим образом: Где ni число образцов вышедших из строя в iм интервале; m число интервалов времени; tcp. Между интенсивностью отказов и средним временем работы существует...
21137. BIOS Features Setup 266 KB
  Это делает использование шины PCI более оптимальным так как нужно меньшее количество транзакций для передачи имеющегося объема данных. : PCI VGA Palette Snoop Корректировка палитры VGA видеокарты на PCIОпции: Enabled Disabled Эта опция полезна только тогда когда вы используете MPEGкарточку или дополнительную карту которая использует Feature Connector исходной графической карты.4 добавлены расширенные таблицы конфигурации в целях улучшения поддержки для multiple PCI bus конфигураций и улучшена расширяемость в будущем. 8bit I O Recovery...
21138. Определение CAD, САМ и САЕ 644 KB
  Таким образом сокращается время и стоимость разработки и выпуска продукта. Чтобы понять значение систем CAD CAM CAE необходимо изучить различные задачи и операции которые приходится решать и выполнять в процессе разработки и производства продукта. Все эти задачи взятые вместе называются жизненным циклом продукта. Пример жизненного цикла продукта приведен на рис.
21139. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 58.5 KB
  Как правило в результате автоматизации технологического процесса создаётся АСУ ТП. Основа автоматизации технологических процессов это перераспределение потоков вещества и энергии в соответствии с принятым критерием управления оптимальности. Цели автоматизации Основными целями автоматизации технологического процесса являются: Повышение эффективности производственного процесса. Задачи автоматизации и их решение Цели достигаются посредством решения следующих задач автоматизации технологического процесса: Улучшение качества регулирования...
21140. Временная нестабильность ЭВМ 29 KB
  С течением времени в деталях сборочных единицах и отдельных элементах происходят необратимые процессы что приводит к изменению их механических физикохимических и электрических характеристик. Чтобы уменьшить зависимость характеристик ЭВМ от времени необходимо выполнить мероприятия по стабилизации параметров отдельных его элементов. Наиболее сильное влияние оказывает на погрешность ЭВМ изменение свойств во времени таких элементов как моментные пружины постоянные магниты и резисторы.
21141. Всё о производстве транзисторов, микросхем и миниатюризации 175 KB
  Для этого используются специальные тщательно согласованные с реальными приборами физические модели транзисторов и других функциональных элементов. Сюда входят научная разработка и воплощение в кремний все более быстрых и маленьких транзисторов см. следующую страницу про закон Мура цепей связи между ними и прочим обрамлением микроструктур на кристалле создание технологий изготовления рисунка линий и транзисторов на поверхности кремния новых материалов и оборудования для этого а также manufacturability область знаний о том как...
21142. Защита герметизацией 27 KB
  Это также приводит к увеличению внутренних механических напряжений возникающих за счет различных температурных коэффициентов линейного расширения ТКЛР компаунда и заливаемых деталей. На ТКЛР компаунда можно влиять введением наполнителя. Так ТКЛР полимеризованной эпоксидной смолы без наполнителя составляет примерно 70106 град1 а с наполнителем в виде пылевидного кварца в два раза меньше. ТКЛР материалов деталей входящих в состав сборочных единиц лежат в пределах от 4106 град1 керамика до 16106 град1 медь.
21143. Защита конструкций от внешних воздействий 52.5 KB
  Для защиты от вибрации и ударов применяют амортизаторы или демпферы. Амортизаторы от линейных перегрузок не защищают. Амортизаторы резинометаллические просты в изготовления защищают от вибрации в любом направлении. Амортизаторы пружинные защищают от вибрации только в основном направлении.