Vei avea nevoie
- - spectroscop;
- - arzător de gaz;
- - o lingura mica de ceramica sau portelan;
- - sare pura de masa;
- - o eprubetă transparentă umplută cu dioxid de carbon;
- - lampa cu incandescenta puternica;
- - lampă puternică „economică” cu gaz.
Instruire
Pentru un spectroscop de difracție, luați un CD, o cutie mică de carton, o cutie de carton pentru termometru. Tăiați o bucată de disc pentru a se potrivi în cutie. Pe planul superior al cutiei, lângă peretele său scurt, poziționați ocularul la un unghi de aproximativ 135° față de suprafață. Ocularul este o bucată dintr-o carcasă dintr-un termometru. Alegeți un loc pentru decalaj experimental, perforand și sigilând alternativ găurile pe un alt perete scurt.
Instalați o lampă incandescentă puternică vizavi de fanta spectroscopului. În ocularul unui spectroscop, veți vedea un spectru continuu. Un astfel de spectral există în orice obiect încălzit. Nu are linii de emisie și absorbție. Acest spectru este cunoscut ca .
Scoateți sare într-o lingură mică de ceramică sau de porțelan. Îndreptați fanta spectroscopului către o zonă întunecată neluminoasă deasupra flăcării strălucitoare a arzătorului. Pune o lingură în flacără cu . În momentul în care flacăra devine galben intens, se va putea observa în spectroscop spectrul de emisie al sării studiate (clorura de sodiu), unde linia de emisie din regiunea galbenă va fi deosebit de clar vizibilă. Același experiment se poate face cu clorură de potasiu, săruri de cupru, wolfram și așa mai departe. Așa arată spectrele de emisie - linii luminoase în anumite zone ale unui fundal întunecat.
Îndreptați fanta de lucru a spectroscopului către o lampă cu incandescență strălucitoare. Puneți un tub transparent umplut cu dioxid de carbon, astfel încât să acopere fanta de lucru a spectroscopului. Prin ocular se poate observa un spectru continuu strabatut de linii verticale intunecate. Acesta este așa-numitul spectru de absorbție, în acest caz - dioxid de carbon.
Îndreptați fanta de lucru a spectroscopului către lampa „economică” pornită. În loc de spectrul continuu obișnuit, veți vedea un set de linii verticale situate în părți diferite și cu culori în mare parte diferite. Din aceasta putem concluziona că spectrul de emisie al unei astfel de lămpi este foarte diferit de spectrul unei lămpi obișnuite cu incandescență, care este insesizabil pentru ochi, dar afectează procesul de fotografiere.
Videoclipuri asemănătoare
Notă
Există 2 tipuri de spectroscoape. Primul folosește o prismă triedrică dispersivă transparentă. Lumina de la obiectul studiat este alimentată printr-o fantă îngustă și este observată din cealaltă parte cu ajutorul unui tub ocular. Pentru a evita interferența luminii, întreaga structură este acoperită cu o carcasă etanșă la lumină. Poate consta, de asemenea, din elemente și tuburi izolate la lumină. Utilizarea lentilelor într-un astfel de spectroscop este opțională. Al doilea tip de spectroscop este unul de difracție. Elementul său principal este o rețea de difracție. Lumina de la obiect este de asemenea de dorit să fie alimentată prin fantă. Piesele de pe CD-uri și DVD-uri sunt acum adesea folosite ca rețele de difracție în modelele de casă. Orice tip de spectroscop va fi potrivit pentru experimentele propuse;
Sarea de masă nu trebuie să conțină iod;
Experimentele se fac cel mai bine cu un asistent;
Toate experimentele se fac cel mai bine într-o cameră întunecată și întotdeauna pe un fundal negru.
Sfaturi utile
Pentru a obține dioxid de carbon într-o eprubetă, puneți o bucată de cretă obișnuită de școală în ea. Umpleți-l cu acid clorhidric. Colectați gazul rezultat într-o eprubetă curată. Dioxidul de carbon este mai greu decât aerul, așa că se va colecta în partea de jos a unei eprubete goale, forțând aerul să iasă din ea. Pentru a face acest lucru, coborâți tubul de la sursa de gaz într-o eprubetă goală, adică din eprubeta în care a avut loc reacția.
Termenul fizic „spectru” provine din cuvântul latin spectrum, care înseamnă „viziune”, sau chiar „fantomă”. Dar subiectul, numit un cuvânt atât de sumbru, este direct legat de un fenomen natural atât de frumos precum curcubeul.
Într-un sens larg, spectrul este distribuția valorilor unei anumite mărimi fizice. Un caz special este distribuția frecvențelor radiațiilor electromagnetice. Lumina care este percepută de ochiul uman este, de asemenea, un fel de radiație electromagnetică și are un spectru.
Descoperirea spectrului
Onoarea de a descoperi spectrul luminii îi aparține lui I. Newton. Începând această cercetare, omul de știință și-a urmărit un obiectiv practic: îmbunătățirea calității lentilelor pentru telescoape. Problema a fost că marginile imaginii care se puteau observa în au fost vopsite în toate culorile curcubeului.
I. Newton a pus la cale un experiment: o rază de lumină a pătruns într-o cameră întunecată printr-o mică gaură, care a căzut pe ecran. Dar o prismă de sticlă triedră a fost plasată în cale. În loc de un punct de lumină albă, pe ecran a apărut o bandă curcubeu. Lumina albă a soarelui s-a dovedit a fi complexă, compozită.
Omul de știință a complicat experimentul. A început să facă mici găuri în ecran, astfel încât să treacă prin ele doar un fascicul colorat (de exemplu, roșu), iar în spatele ecranului un al doilea și un alt ecran. S-a dovedit că razele colorate, în care prima prismă a descompus lumina, nu se descompun în părțile sale componente, trecând prin a doua prismă, ci doar deviază. Prin urmare, aceste raze de lumină sunt simple, dar au fost refractate în moduri diferite, ceea ce a permis luminii „” să se separe.
Așa că a devenit clar că diferitele culori nu provin din grade diferite de „amestecare a luminii cu întuneric”, așa cum se credea înainte de I. Newton, ci sunt componente ale luminii însăși. Această compoziție a fost numită spectrul luminii.
Descoperirea lui I. Newton a fost de mare importanță pentru timpul său, a dat foarte mult studiului naturii luminii. Dar adevărata revoluție în știință, legată de studiul spectrului luminii, a avut loc la mijlocul secolului al XIX-lea.
Oamenii de știință germani R.V. Bunsen și G.R. Kirchhoff au studiat spectrul luminii emise de foc, care este amestecată cu evaporarea diferitelor săruri. Spectrul a variat în funcție de impurități. Acest lucru i-a condus pe cercetători la ideea că spectrele de lumină pot fi folosite pentru a judeca compoziția chimică a Soarelui și a altor stele. Așa a luat naștere metoda analizei spectrale.
- tutorial
Prieteni, vineri seara se apropie, acesta este un moment intim minunat când, sub acoperirea unui amurg ademenitor, vă puteți lua spectrometrul și toată noaptea, măsurați spectrul unei lămpi cu incandescență până la primele raze ale soarelui care răsare, și când soarele răsare, măsoară-i spectrul.
Cum nu ai încă spectrometrul tău? Nu contează, să trecem sub tăietură și să corectăm această neînțelegere.
Atenţie! Acest articol nu se pretinde a fi un tutorial cu drepturi depline, dar poate în 20 de minute după ce l-ai citit, vei descompune primul tău spectru de radiații.
Omul și spectroscopul
Vă voi spune în ordinea în care am trecut eu însumi prin toate etapele, s-ar putea spune de la cel mai rău la cel mai bun. Dacă cineva vizează imediat un rezultat mai mult sau mai puțin grav, atunci jumătate din articol poate fi sărit în siguranță. Ei bine, pentru oamenii cu mâinile strâmbe (cum ar fi ale mele) și pentru cei curioși, va fi interesant să citesc despre încercările mele încă de la început.Există o cantitate suficientă de materiale pe Internet despre cum să asamblați un spectrometru / spectroscop cu propriile mâini din materiale improvizate.
Pentru a achiziționa un spectroscop acasă, în cel mai simplu caz, nu veți avea nevoie deloc de multe - un CD / DVD gol și o cutie.
Acest material m-a condus la primele mele experimente în studierea spectrului - Spectroscopie
De fapt, datorită lucrării autorului, am asamblat primul meu spectroscop dintr-un rețea de difracție transmisivă a unui disc DVD și o cutie de carton de sub ceai, și chiar mai devreme, o bucată densă de carton cu fantă și un rețea transmisivă dintr-un DVD-ul gol a fost suficient pentru mine.
Nu pot spune că rezultatele au fost uimitoare, dar am reușit să obținem primele spectre, fotografiile salvate miraculos ale procesului sub spoiler
Spectroscoape foto și spectru
Prima opțiune cu o bucată de carton 
A doua variantă cu o cutie de ceai 
Și spectrul capturat
Singurul lucru pentru comoditatea mea, a modificat acest design cu o cameră video USB, sa dovedit așa:
poza spectrometrului
Trebuie să spun imediat că această modificare m-a scutit de nevoia de a folosi camera unui telefon mobil, dar a existat un dezavantaj: camera nu a putut fi calibrată la setările serviciului Spectral Worckbench (despre care vom discuta mai jos). Prin urmare, nu am putut surprinde spectrul în timp real, dar a fost foarte posibil să recunosc fotografiile deja colectate.
Deci, să presupunem că ați cumpărat sau asamblat un spectroscop conform instrucțiunilor de mai sus.
După aceea, creați un cont în proiectul PublicLab.org și accesați pagina de serviciu SpectralWorkbench.org.În continuare, vă voi descrie tehnica de recunoaștere a spectrului pe care am folosit-o eu însumi.
Pentru început, va trebui să ne calibram spectrometrul. Pentru a face acest lucru, va trebui să faceți o fotografie a spectrului unei lămpi fluorescente, de preferință o lampă mare de tavan, dar o lampă de economisire a energiei va face.
1) Apăsați butonul Captură spectre
2) Încărcați imaginea
3) Completați câmpurile, selectați fișierul, selectați calibrarea nouă, selectați dispozitivul (puteți alege un mini spectroscop sau doar personalizat), selectați ce spectru aveți, vertical sau orizontal, astfel încât să fie clar că spectrele din capturile de ecran ale programului anterior sunt orizontale
4) Se va deschide o fereastră cu grafice.
5) Verificați cum este rotit spectrul dvs. Gama albastră ar trebui să fie în stânga, intervalul roșu ar trebui să fie în dreapta. Dacă nu este cazul, selectați mai multe instrumente – butonul flip orizontal, după care vedem că imaginea s-a rotit și graficul nu, așa că apăsăm mai multe instrumente – reextrageți din foto, toate vârfurile corespund din nou vârfurilor reale .
6) Apăsați butonul Calibrate, apăsați start, selectați vârful albastru direct pe diagramă (vezi captura de ecran), apăsați LMB și fereastra pop-up se deschide din nou, acum trebuie să apăsăm finish și selectați ultimul vârf verde, după care pagina se va reîmprospăta și vom obține imaginea cu lungimi de undă calibrate.
Acum puteți completa și alte spectre aflate în studiu, atunci când solicitați o calibrare, trebuie să specificați graficul pe care l-am calibrat deja.
Captură de ecran
Tipul programului configurat 
Atenţie! Calibrarea presupune că veți face fotografii în viitor cu același dispozitiv care a calibrat modificarea dispozitivului de rezoluție a imaginii, o schimbare puternică a spectrului în fotografie în raport cu poziția de pe exemplul calibrat poate distorsiona rezultatele măsurătorii.
Sincer, mi-am corectat ușor pozele în editor. Dacă a existat o lumină de fundal, am întunecat mediul, uneori am rotit puțin spectrul pentru a obține o imagine dreptunghiulară, dar încă o dată repet dimensiunea fișierului și locația față de centrul imaginii spectrului în sine este mai bine să nu se schimbe .
Cu alte funcții precum macro-uri, reglarea automată sau manuală a luminozității, vă sugerez să vă dați seama singur, în opinia mea, nu sunt atât de esențiale.
Graficele rezultate sunt apoi transferate în mod convenabil în CSV, în timp ce primul număr va fi o undă lungă fracțională (probabil fracțională), iar valoarea medie relativă a intensității radiației va fi separată printr-o virgulă. Valorile obținute arată frumos sub formă de grafice construite, de exemplu, în Scilab
SpectralWorkbench.org are aplicații pentru smartphone-uri. Nu le-am folosit. asa ca nu pot sa o evaluez.
Să aveți o zi plină de culoare în toate culorile prietenilor curcubeu.
DISTRIBUȚIA LUMINII
Luați trei cărți poștale și folosiți foarfecele pentru a tăia o gaură de dimensiunea unui ban în mijlocul fiecărei cărți. Faceți un suport pentru fiecare cartonaș din bulgări de plastilină și lipiți-le pe masă într-o linie, astfel încât găurile să fie în linie dreaptă.
Pune o lanternă în orificiul cardului care este cel mai îndepărtat de tine și privește prin orificiul cardului cel mai apropiat.
Ce vezi? Ce poți spune despre calea pe care o parcurge lumina de la lanternă la ochi?
Mutați cartea din mijloc câțiva centimetri în lateral, astfel încât acum să blocheze calea luminii. Ce vezi acum? Ce sa întâmplat cu lumina? Este posibil să se vadă urme de lumină pe cardul împins?
Lumina se deplasează în linie dreaptă. Când toate cele trei găuri sunt pe aceeași linie, atunci lumina călătorește de la lanternă de-a lungul acestei linii și te lovește direct în ochi;
Când cartea din mijloc este deplasată, un obstacol apare în calea luminii, iar lumina nu o poate ocoli, deoarece se propagă în linie dreaptă. Cardul îl împiedică să meargă restul drumului către ochiul tău.
ACHIZIȚIE DE SPECTRU
Albul este de fapt mai mult decât se vede. Este un amestec de toate culorile curcubeului - roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, albastru și violet. Aceste culori alcătuiesc așa-numitul spectru vizibil Există mai multe moduri de a împărți lumina albă în componentele sale. Iată una dintre ele.
Umpleți un vas cu apă și puneți-l pe o suprafață bine luminată. Puneți o oglindă înăuntru și înclinați-o astfel încât să se sprijine pe una dintre părțile laterale ale cuvei.
Privește reflexia pe care oglinda o aruncă pe o suprafață din apropiere. Ce vezi? Pentru a face imaginea mai clară, așezați o bucată de hârtie albă acolo unde este turnată reflexia.
Lumina călătorește în valuri. La fel ca valurile mării, au creste numite înalte și jgheaburi numite joase. Distanța de la un vârf la altul se numește lungime de undă.
Un fascicul de lumină albă conține raze de lumină cu lungimi de undă diferite. Fiecare lungime de undă corespunde unei anumite culori. V roșu este cel mai lung val. Urmează portocaliu, apoi galben, verde, albastru și albastru. Violetul are cele mai scurte lungimi de undă.
Când lumina albă este reflectată într-o oglindă prin apă, se descompune în culorile sale constitutive. Ele diverg și formează o imagine a benzilor colorate paralele, numite spectru.
Uită-te la suprafața CD-ului. De unde a venit curcubeul?
SPECTRU PE TAVAN
Umpleți paharul o treime cu apă. Așezați cărțile într-un teanc pe o suprafață netedă. Stiva ar trebui să fie puțin mai mare decât lungimea lanternei.
Puneți un pahar deasupra unui teanc de cărți, astfel încât o parte din acesta să se extindă puțin dincolo de marginea cărții și să atârne în aer, dar paharul să nu cadă.
Așezați lanterna sub partea suspendată a paharului aproape vertical și fixați-o într-o astfel de poziție cu o bucată de plastilină, astfel încât să nu alunece. Porniți lanterna și stingeți luminile din cameră.
Uită-te la tavan. Ce vezi?
Repetați experimentul, dar acum umpleți paharul cu două treimi. Cum s-a schimbat curcubeul?
Fasciculul unei lanterne cade pe un pahar plin cu apă la un unghi ușor. Ca rezultat, lumina albă este descompusă în componentele sale constitutive. Culorile adiacente una cu cealaltă își continuă drumul pe traiectorii divergente și, ajungând în cele din urmă la tavan, oferă un spectru atât de minunat.
1. Cum arată un spectru continuu? Ce corpuri dau un spectru continuu? Dă exemple.
Un spectru continuu este o bandă formată din toate culorile curcubeului, îmbinându-se fără probleme unele în altele.
Din lumina corpurilor solide și lichide se obține un spectru continuu (filamentul unei lămpi electrice, metal topit, flacără de lumânare), cu o temperatură de câteva mii de grade Celsius. Este dat si de gaze si vapori luminosi la presiune ridicata.
2. Cum arată spectrele de linii? Ce surse de lumină produc spectre de linii?
Spectrele de linii constau din linii individuale de culori specifice.
Spectrele de linii sunt caracteristice gazelor luminoase de densitate scăzută.
3. Cum se poate obține un spectru de emisie de linie de sodiu?
Pentru a face acest lucru, lumina de la o lampă incandescentă trebuie să fie trecută printr-un vas cu vapori de sodiu. Drept urmare, în spectrul continuu al luminii de la o lampă cu incandescență vor apărea linii negre înguste, în locul în care există linii galbene în spectrul de emisie de sodiu.
4. Descrieți mecanismul de obținere a spectrelor de absorbție a liniilor.
Spectrele de absorbție de linie sunt obținute prin trecerea luminii de la o sursă mai luminoasă și mai fierbinte prin gaze de densitate scăzută.
5. Care este esența legii lui Kirchhoff referitoare la spectrele de linii de emisie și absorbție?
Legea lui Kirchoff afirmă că atomii unui element dat absorb și emit unde luminoase la aceleași frecvențe.
6. Ce este analiza spectrului și cum se face?
Metoda de determinare a compoziției chimice a unei substanțe din spectrul său de linii se numește analiză spectrală.
Substanța de testat sub formă de pulbere sau aerosol este plasată într-o sursă de lumină la temperatură înaltă - o flacără sau o descărcare electrică, datorită căreia trece în starea de gaz atomic și atomii sunt excitați în ea, care emit sau absorb radiația electromagnetică în intervale de frecvență strict definite. Apoi, se analizează fotografia spectrului de atomi obținută cu ajutorul unui spectrograf.
Prin aranjarea liniilor în spectru, ei află din ce elemente constă o anumită substanță.
Prin compararea intensităților relative ale liniilor de spectru se estimează conținutul cantitativ al elementelor.
7. Povestește-ne despre aplicarea analizei spectrale.
Analiza spectrală este utilizată în metalurgie, inginerie mecanică, industria nucleară, geologie, arheologie, criminalistică și alte domenii. Deosebit de interesantă este utilizarea analizei spectrale în astronomie, cu ajutorul căreia se determină compoziția chimică a stelelor și a atmosferelor planetare, temperatura acestora. Schimbând liniile spectrale ale galaxiilor, ei au învățat să-și determine viteza.
Întrebări.
1. Cum arată un spectru continuu?
Un spectru continuu este o bandă formată din toate culorile curcubeului, îmbinându-se fără probleme unele în altele.
2. Din lumina a căror corpuri se obține un spectru continuu? Dă exemple.
Un spectru continuu se obtine din lumina corpurilor solide si lichide (filamentul unei lampi electrice, metal topit, flacara de lumanare) cu o temperatura de cateva mii de grade Celsius. Este dat si de gaze si vapori luminosi la presiune ridicata.
3. Cum arată spectrele de linii?
Spectrele de linii constau din linii individuale de culori specifice.
4. Cum se poate obține un spectru de linie de emisie de sodiu?
Pentru a face acest lucru, puteți adăuga o bucată de sare comună (NaCl) la flacăra arzătorului și puteți observa spectrul printr-un spectroscop.
5. Din ce surse de lumină se obțin spectre de linii?
Spectrele de linii sunt caracteristice gazelor luminoase de densitate scăzută.
6. Care este mecanismul de obținere a spectrelor de absorbție a liniilor (adică ce trebuie făcut pentru a le obține)?
Spectrele de absorbție de linie sunt obținute prin trecerea luminii de la o sursă mai luminoasă și mai fierbinte prin gaze de densitate scăzută.
7. Cum să obțineți un spectru de absorbție de linie de sodiu și cum arată acesta?
Pentru a face acest lucru, lumina de la o lampă incandescentă trebuie să fie trecută printr-un vas cu vapori de sodiu. Drept urmare, în spectrul continuu de lumină de la o lampă cu incandescență vor apărea linii negre înguste, în locul în care există linii galbene în spectrul de emisie de sodiu.
8. Care este esența legii lui Kirchhoff referitoare la spectrele de linii de emisie și absorbție?
Legea lui Kirchoff afirmă că atomii unui element dat absorb și emit unde luminoase la aceleași frecvențe.
