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 (1):

, (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 (2):

, (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 400-600 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.