Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Podobné dokumenty
Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Balmerova série vodíku

PRAKTIKUM IV Jaderná a subjaderná fyzika

Balmerova série vodíku

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 4: Balmerova série vodíku. Abstrakt

Praktikum III - Optika

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Balmerova série, určení mřížkové a Rydbergovy konstanty

Hranolový spektrometr

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

Úloha 3: Mřížkový spektrometr

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.III. Název: Mřížkový spektrometr

Laboratorní práce č.9 Úloha č. 8. Závislost indexu lomu skla na vlnové délce světla Měření indexu lomu refraktometrem:

16. Franck Hertzův experiment

SPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,

Zeemanův jev. Michael Jirásek; Jan Vejmola Gymnázium Český Brod, Vítězná 616 SPŠE V Úžlabině 320, Praha 10

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Praktikum z pevných látek (F6390)

L a b o r a t o r n í c v i č e n í z f y z i k y

Úloha 15: Studium polovodičového GaAs/GaAlAs laseru

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Zeemanův jev. Pavel Motal 1 SOŠ a SOU Kuřim, s. r. o. Miroslav Michlíček 2 Gymnázium Vyškov

Zeemanův jev. 1 Úvod (1)

Úloha 21: Studium rentgenových spekter

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

3. OHYB A INTERFERENCE SVĚTLA OPTICKOU MŘÍŽKOU

Petr Šafařík 21,5. 99,1kPa 61% Astrofyzika Druhý Třetí

Dualismus vln a částic

4. V p íprav odvo te vzorce (14) a (17) ze zadání [1].

Spektroskopie Vegy. e hc/k BλT. λ 5 1. L =4πR 2 σt 4, (2)

Stručný úvod do spektroskopie

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

Měření vlnové délky spektrálních čar rtuťové výbojky pomocí optické mřížky

Plazmové metody. Základní vlastnosti a parametry plazmatu

Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

Charakteristiky optoelektronických součástek

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

5 Studium rentgenových spekter Mo a Cu anody

INSTRUMENTÁLNÍ METODY

Úloha 5: Studium rentgenových spekter Mo a Cu anody

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Fyzikální praktikum Závislost indexu lomu skla na vlnové délce. Refraktometr

Světlo x elmag. záření. základní principy

Diskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

Domácí úlohy ke kolokviu z předmětu Panorama fyziky II Tomáš Krajča, , Jaro 2008

Měření šířky zakázaného pásu polovodičů

ELEKTRONOVÝ OBAL ATOMU. kladně nabitá hmota. elektron

Graf I - Závislost magnetické indukce na proudu protékajícím magnetem. naměřené hodnoty kvadratické proložení. B [m T ] I[A]

Měření absorbce záření gama

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

Úloha č.: XVII Název: Zeemanův jev Vypracoval: Michal Bareš dne Posuzoval:... dne... výsledek klasifikace...

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. XXII. Název: Diferenční skenovací kalorimetrie

13. Spektroskopie základní pojmy

Měření závislosti indexu lomu kapalin na vlnové délce

1 Teoretický úvod. 1.2 Braggova rovnice. 1.3 Laueho experiment

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Úloha č. 1: CD spektroskopie

Světlo jako elektromagnetické záření

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

SPEKTROMETRIE. aneb co jsem se dozvěděla. autor: Zdeňka Baxová

Praktikum III - Optika

Spektrum. Spektrum. zisk rozkladem bílého světla

POZOROVÁNÍ SLUNCE VE SPEKTRÁLNÍCH ČARÁCH. Libor Lenža Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o.

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

08 - Optika a Akustika

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Barevné principy absorpce a fluorescence

Spektrometrické metody. Reflexní a fotoakustická spektroskopie

MĚŘENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK

Spektrometrie záření gama

Název a číslo materiálu VY_32_INOVACE_ICT_FYZIKA_OPTIKA

Fyzika pro chemiky II

Theory Česky (Czech Republic)

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 10: Interference a ohyb světla

Charakteristiky optického záření

I Mechanika a molekulová fyzika

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

Rentgenová spektrální analýza Elektromagnetické záření s vlnovou délkou 10-2 až 10 nm

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

MĚŘENÍ VLNOVÝCH DÉLEK SVĚTLA MŘÍŽKOVÝM SPEKTROMETREM

Fyzikální praktikum III

Interakce fluoroforu se solventem

Úloha 4: Totální účinný průřez interakce γ záření absorpční koeficient záření gama pro některé elementy

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

Mikrovlny. K. Kopecká*, J. Vondráček**, T. Pokorný***, O. Skowronek****, O. Jelínek*****

Studium fotoelektrického jevu

2. Elektrotechnické materiály

Spektroskopie subvalenčních elektronů Elektronová mikroanalýza, rentgenfluorescenční spektroskopie

Spektrometrie záření gama

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.XI. Název: Měření stočení polarizační roviny

1. Zadání Pracovní úkol

Studium ultrazvukových vln

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Transkript:

Balmerova série F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3 Grepl.F@seznam.cz Abstrakt: Metodou dělených svazků jsme určili lámavý úhel hranolu. Na základě znalosti vlnových délek rtuti jsme určili závislost indexu lomu na vlnové délce. Parametry získané fitem jsme použili pro určení vlnových délek Balmerovy série vodíku a sodíkového dubletu. Tyto vlnové délky jsme použili k určení Rydbergovy konstanty a rozlišovací schopnosti lámavého hranolu. Co jsme vlastně měřili? Emisní spektrum vzniká vyzařováním fotonů při přechodech elektronu mezi jednotlivými energetickými hladinami. Při sestupech excitovaných elektronů je emitováno záření energeticky odpovídající rozdílu hladin mezi kterými se elektron přesouvá. Můžeme hovořit nejen o emisním, ale i o absorpčním spektru, které je k emisnímu přesně opačné. Vzniká tak, že atom pohlcuje záření o určité frekvenci a jeho energii využívá k excitaci elektronu do vyšších energetických hladin.každý prvek je svým emisním (popř. absorpčním) spektrem přesně charakterizován. Pokud tedy určíme vlnové délky spektrálních čar, které lze dobře pozorovat při disperzi emitovaného záření na skleněném hranolu, můžeme jednoznačně určit, kterýže prvek toto záření vysílá. V praxi se tímto způsobem provádí chemická analýza nejrůznějších materiálů nebo se zkoumá chemické složení hvězd. Již Johann Balmer roku 1885 objevil, že spektrum vodíku je diskrétní. Ve viditelné oblasti spektra se nacházejí čtyři čáry (viz obrázek 2). A právě při měření Balmerovy série určujeme vlnové délky jednotlivých spektrálních čar H α, H β, H γ, H δ ve spektru vodíku. Výsledky slouží k výpočtu Rydbergovy konstanty. Náročnost experimentu spočívá v přesnosti měření a v přesném ovládání goniometru. 1.Goniometr, měření úhlů, disperze Měření se provádí pomocí goniometru, tedy přístroje k přesnému měření úhlů. Spektrum emitovaného záření bude rozkládáno na skleněném hranolu. Úhel mezi vstupujícím vystupujícím paprskem se nazývá deviační, označuje se ε (viz obrázek 1). Úhly budeme měřit v při nejmenší deviaci, tedy když α 1 =α 2. Mezi minimální deviací ε 0 a indexem lomu hranolu n platí po aplikaci Snellova zákona vztah: (1) (1)

Obr. 1 Schéma lámavého hranolu kde φ je lámavý úhel hranolu. Index lomu n je závislý na vlnové délce dopadajícího světla a tuto závislost aproximujeme vztahem: kde a, b, c jsou parametry získané z proměřeného spektra rtuti metodou nejmenších čtverců. (2) 2.Rydbergova konstanta, spektrum vodíku Z disperzní závislosti pak můžeme určit vlnové délky neznámé spektrální čáry vodíkového spektra. Lámavý úhel hranolu určíme metodou dělení svazků. Ze známých hodnot vlnových délek spektrálních čar vodíku můžeme určit Rydbergovu konstantu fitováním za pomoci vztahu: (3) kde R je Rydbergova konstanta, N číslo odpovídající energetické hladiny, λ vlnová délka a ν vlnočet. Posledním úkolem bylo určit rozlišovací schopnost hranolu na základě proměření sodíkového dubletu. Podařilo se nám určit charakteristickou disperzi, díky níž jsme byli schopni spočítat minimální délku hrany hranolu, který by byl ještě schopen rozlišit sodíkový dublet.

Obr. 2: Energetické hladiny a Balmerova série Obr. 3: Disperzní závislost hranolu určená na základě proměření spektra Hg

Obr. 4: Graf pro určení Rydbergovy konstanty, ze vzorce (3) 3. Výsledky a shrnutí Lámavý úhel hranolu jsme určili jako 59 51 58. Závislost indexu lomu na vlnové délce vystihuje graf na Obr.2. Parametry byly fitováním určeny následovně: a 1,705760±0,000438 b 18,151880±0,242113 c 224,972451±1,678713 Tab. 1: Parametry získané ze spektra Hg metodou nejmenších čtverců Po proměření spektra rtuti jsme obdrželi velice přesné parametry, díky kterým jsme určili vlnové délky čar Balmerovy série velice přesně. Nicméně spektrální čáru odpovídající vlnové délce 410,174 nm se nám přes veškeré úsilí nepodařilo nalézt. Námi vypočtené hodnoty vlnových délek čar vodíku byly přesné: λ[nm] λ tab [nm] Balmerova série 657,162 656,27 486,129 486,13 433,859 434,05 Tab. 2: Vlnové délky prvních tří čar Balmerovy série Na základě těchto hodnot se nám podařilo určit hodnotu Rydbergovy konstanty jako R = (1096,36957 ± 0,61134) 10 4 m -1

Tato hodnota se blíží hodnotě tabelované(1096,77582 10 4 m -1 ). Díky čemuž můžeme označit naše měření za poměrně přesné. Přesnost zkontrolujeme teoretickým výpočtem Rydbergovy konstanty ze známých fyzikálních konstant dle vztahu: (4) kde e je elementární náboj elektronu, m e hmotnost elektronu, h Planckova konstanta, ε 0 relativní permitivita vakua a c rychlost světla ve vakuu. Minimální délku hrany hranolu, který je schopen rozlišit sodíkový dublet jsme určili jako a=4,296732 mm Poděkování Bez obětavých lidí, kteří pořádají Týden vědy bychom vůbec nemohli toto prosté měření zrealizovat. Náš dík patří jim a především garantovi našeho projektu Ing. Davidovi Tlustému. Reference: [1] ŠTOLL I., Fyzika mikrosvěta, Prometheus 2002, 65-79 [2] KOLEKTIV KATEDRY FYZIKY, Úlohy fyzikálních praktik:balmerova SÉRIE [2010-06-15] URL: http://praktika.fjfi.cvut.cz/balmer/balmer.pdf [3] KOLEKTIV KATEDRY FYZIKY, Úlohy fyzikálních praktik: Návod ke goniometru S Go 1.1 [2010-06-15] URL: http://fyzport.fjfi.cvut.cz/hardware/goniometr/goniometr.pdf [4] GREPLOVÁ E. SLABÝ J. Fyzikální praktikum 4. Úloha: Balmerova série, 2010