Spettrometro di Kirchhoff-Bunsen, lampada a vapori di mercurio

Materie:	Altro
Categoria:	Fisica
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Data:	04.06.2007
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Osservazione allo spettrometro di Kirchhoff-Bunsen delle righe spettrali di una lampada a vapori di mercurio
• Scopo dell’esperienza
L’esperienza di laboratorio in oggetto ha come scopo l’osservazione delle righe spettrali del Mercurio (Hg) con lo spettrometro di Kirchhoff-Bunsen.
• Definizione di grandezze fisiche e dei fenomeni coinvolti
o Righe spettrali
Le righe spettrali sono le frequenze caratteristiche di un elemento
o Spettri di emissione ed assorbimento
Per spettro di emissione si intende l’emissione di un fotone da parte di un atomo quando, dopo che un elettrone è passato da un livello energetico ad un superiore e poi è ritornato a quello originario.
Si ha uno spettro di assorbimento quando si interpone sul cammino dei raggi luminosi, prodotti da una sorgente che emetta uno spettro continuo, una sostanza che assorbe la radiazione che l'attraversa in corrispondenza di certe regioni più o meno estese dello spettro; le radiazioni assorbite dalla sostanza sono esattamente quelle che la sostanza stessa emette quando viene eccitata.
o Spiegazione del fenomeno
Per spiegare il fenomeno delle righe spettrali intervenne il Fisico Bhor con il suo modello di atomo:
Gli elettroni ruotano su orbite circolari attorno al nucleo. Se l’elettrone rimane su un’orbita permessa (stato stazionario) l’atomo non emette energia.
Viene emessa o assorbita energia, sotto forma di fotoni, solo durante la transizione da uno stato stazionario ad un altro e i fotoni assorbiti o emessi hanno un energia che corrisponde alla spaziatura tra uno stato stazionario ed un altro.
o Reticoli di diffrazione
I reticoli di diffrazione sono ampiamente usati per determinare la lunghezza d’onda di luce emessa da una qualsiasi sorgente. Un reticolo di diffrazione è un sistema costituito da un numero elevato N di fenditure molto lunghe, di larghezza a, equispaziate della distanza d, che prende il nome di passo del reticolo.
In corrispondenza alle direzioni di osservazione Im , date dalla:
sen m = ((/d) m (m = 0, 0 1, 2, 3,……..)
si osservano delle righe del colore caratteristico della i. Le righe corrispondenti a m = m 1, sen 1 = ( /d) si dicono di primo ordine, quelle successive di ordine superiore (m = m 2, 3,……..).
I reticoli hanno due caratteristiche:
- La dispersione, la separazione tra le diverse righe di diffrazione
D=m/dcos/
- Il potere risolvente, la larghezza delle righe
R=RRRR
• Descrizione dell’apparato sperimentale
o Descrizione e funzionamento dello spettroscopio di Kirkhhoff-Bunsen
Costituito da una piattaforma orizzontale fissa che porta un reticolo di diffrazione in trasmissione (elemento disperdente), un collimatore, un obiettivo (fenditura regolabile e lente convergente focale lunga), una lampada a vapori di mercurio e un goniometro.
La lampada a vapori di mercurio: il vapore di mercurio all’interno della lampada viene eccitato tramite scarica elettrica da un generatore. Quando il mercurio perde l’eccitazione sprigiona energia sotto forma luminosa.
Il reticolo di diffrazione in trasmissione è di 300 linee/mm. Il reticolo produce figure di diffrazione nell’ordine 0, +/- 1, +/- 2 e +/- 3
Nell’ordine 0 non vi è nessun effetto di disperdente.
Nell’ordine +/- 1 lo spettro si disperde
In ordini maggiori la dispersione aumente, gli spettri si allargano e si allungano aumentando il potere risolutivo ma diminuendo la luminosità.
• Procedura di taratura dello spettroscopio
Operazione che consente di determinare la relazione esistente tra la posizione delle righe spettrali sulla scala graduata e la corrispondente lunghezza d’onda.
Illuminare la fenditura con la lampada a mercurio e regolare la posizione della scala gradutata in modo che lo spettro visibile sia tutto compreso nella scala.
Redigere una tabella di taratura con la posizione sulla scala delle righe spettrali. Tracciare il grafico di taratura con i valori di lunghezza d’onda e posizione delle righe spettrali del mercurio.
• Misura di righe spettrali emesse dalla lampada a vapori di mercurio
La misura delle righe spettrali è stata effettuata negli ordini 0, +/-1, +/-2
Non verranno effettuate osservazione in ordini superiori perché la luminosità diventa troppo debole.
- ordine 0
Nell’ordine 0 il reticolo non ha potere disperdente, quindi non disperde la luce e si vede solo una luce vivida dello stesso colore della luce emessa dalla lampada.
- ordine +/- 1
Nell’ordine +/-1 il reticolo incomincia ad avere potere disperdente tale da distinguere diverse righe spettrali nel colore del rosso, verde, giallo e blu
- ordine +/- 2
Nell’ordine +/- 2 il potere disperdente aumenta e si distingue un ulteriore riga spettrale nel colore viola.
• Risultati ottenuti
Colore
[Å]
Rosso
6164
Giallo I
5896
Verde I
5670
Verde II
5133
Azzurro
4982
Indaco
4668
Attraverso la consultazione della tabella delle righe spettrali, le righe osservate hanno lunghezza d0onda pari a:
Osservazione allo spettrometro di Kirchhoff-Bunsen delle righe spettrali di una lampada a vapori di mercurio
• Scopo dell’esperienza
L’esperienza di laboratorio in oggetto ha come scopo l’osservazione delle righe spettrali del Mercurio (Hg) con lo spettrometro di Kirchhoff-Bunsen.
• Definizione di grandezze fisiche e dei fenomeni coinvolti
o Righe spettrali
Le righe spettrali sono le frequenze caratteristiche di un elemento
o Spettri di emissione ed assorbimento
Per spettro di emissione si intende l’emissione di un fotone da parte di un atomo quando, dopo che un elettrone è passato da un livello energetico ad un superiore e poi è ritornato a quello originario.
Si ha uno spettro di assorbimento quando si interpone sul cammino dei raggi luminosi, prodotti da una sorgente che emetta uno spettro continuo, una sostanza che assorbe la radiazione che l'attraversa in corrispondenza di certe regioni più o meno estese dello spettro; le radiazioni assorbite dalla sostanza sono esattamente quelle che la sostanza stessa emette quando viene eccitata.
o Spiegazione del fenomeno
Per spiegare il fenomeno delle righe spettrali intervenne il Fisico Bhor con il suo modello di atomo:
Gli elettroni ruotano su orbite circolari attorno al nucleo. Se l’elettrone rimane su un’orbita permessa (stato stazionario) l’atomo non emette energia.
Viene emessa o assorbita energia, sotto forma di fotoni, solo durante la transizione da uno stato stazionario ad un altro e i fotoni assorbiti o emessi hanno un energia che corrisponde alla spaziatura tra uno stato stazionario ed un altro.
o Reticoli di diffrazione
I reticoli di diffrazione sono ampiamente usati per determinare la lunghezza d’onda di luce emessa da una qualsiasi sorgente. Un reticolo di diffrazione è un sistema costituito da un numero elevato N di fenditure molto lunghe, di larghezza a, equispaziate della distanza d, che prende il nome di passo del reticolo.
In corrispondenza alle direzioni di osservazione Im , date dalla:
sen m = ((/d) m (m = 0, 0 1, 2, 3,……..)
si osservano delle righe del colore caratteristico della i. Le righe corrispondenti a m = m 1, sen 1 = ( /d) si dicono di primo ordine, quelle successive di ordine superiore (m = m 2, 3,……..).
I reticoli hanno due caratteristiche:
- La dispersione, la separazione tra le diverse righe di diffrazione
D=m/dcos/
- Il potere risolvente, la larghezza delle righe
R=RRRR
• Descrizione dell’apparato sperimentale
o Descrizione e funzionamento dello spettroscopio di Kirkhhoff-Bunsen
Costituito da una piattaforma orizzontale fissa che porta un reticolo di diffrazione in trasmissione (elemento disperdente), un collimatore, un obiettivo (fenditura regolabile e lente convergente focale lunga), una lampada a vapori di mercurio e un goniometro.
La lampada a vapori di mercurio: il vapore di mercurio all’interno della lampada viene eccitato tramite scarica elettrica da un generatore. Quando il mercurio perde l’eccitazione sprigiona energia sotto forma luminosa.
Il reticolo di diffrazione in trasmissione è di 300 linee/mm. Il reticolo produce figure di diffrazione nell’ordine 0, +/- 1, +/- 2 e +/- 3
Nell’ordine 0 non vi è nessun effetto di disperdente.
Nell’ordine +/- 1 lo spettro si disperde
In ordini maggiori la dispersione aumente, gli spettri si allargano e si allungano aumentando il potere risolutivo ma diminuendo la luminosità.
• Procedura di taratura dello spettroscopio
Operazione che consente di determinare la relazione esistente tra la posizione delle righe spettrali sulla scala graduata e la corrispondente lunghezza d’onda.
Illuminare la fenditura con la lampada a mercurio e regolare la posizione della scala gradutata in modo che lo spettro visibile sia tutto compreso nella scala.
Redigere una tabella di taratura con la posizione sulla scala delle righe spettrali. Tracciare il grafico di taratura con i valori di lunghezza d’onda e posizione delle righe spettrali del mercurio.
• Misura di righe spettrali emesse dalla lampada a vapori di mercurio
La misura delle righe spettrali è stata effettuata negli ordini 0, +/-1, +/-2
Non verranno effettuate osservazione in ordini superiori perché la luminosità diventa troppo debole.
- ordine 0
Nell’ordine 0 il reticolo non ha potere disperdente, quindi non disperde la luce e si vede solo una luce vivida dello stesso colore della luce emessa dalla lampada.
- ordine +/- 1
Nell’ordine +/-1 il reticolo incomincia ad avere potere disperdente tale da distinguere diverse righe spettrali nel colore del rosso, verde, giallo e blu
- ordine +/- 2
Nell’ordine +/- 2 il potere disperdente aumenta e si distingue un ulteriore riga spettrale nel colore viola.
• Risultati ottenuti
Colore
[Å]
Rosso
6164
Giallo I
5896
Verde I
5670
Verde II
5133
Azzurro
4982
Indaco
4668
Attraverso la consultazione della tabella delle righe spettrali, le righe osservate hanno lunghezza d0onda pari a: