Johdanto
tämän kokeen, voit havaita näkyvän valon aallonpituuksilla tuotettu sähkö vastuuvapauden helium kaasua, käyttäen hila. Alkaen tuntemus aallonpituus arvot, voitvoi tarkasti kalibroida hila riviväli. Kalibroituna ritilää käytetään atomivedyn tuottaman valon aallonpituuden mittaamiseen. Suorittamalla käyrä sovi nämä mitatut aallonpituudet, voit määrittää Rydbergin vakio, tärkeä fyysisen jatkuvasti., Tämä on kokeilu, jossa huolellinen tekniikka ja mittaaminen kannattaa: Rydbergin vakio pitäisi pystyä määrittämään prosentin tarkkuudella tai paremmin. Helium-ja vetykaasut ovat matalapaineisissa purkausputkissa, joissa on metallielektrodit kummassakin päässä. Kun kahden elektrodin poikki levitetään korkea jännite, kaasun läpi virtaa sähkövirta. Sähkövirran suurienergiset elektronit törmäävät kaasuatomeihin ja voivat prosessissa antaa atomeille sisäistä energiaa., Nämä jännittyneet atomit voivat tällöin vapauttaa energiaa sähkömagneettisen säteilyn muodossa tietyillä aallonpituuksilla. Osa tästä sähkömagneettisesta säteilystä on näkyvällä alueella.Sveitsiläinen opettaja Johann Balmer (1825 – 1898) tutki vetyatomien lähettämän näkyvän valon aallonpituuksia. Hän löysi empiirisen yhtälön, joka vastaa tarkasti Havaittujen aallonpituuksien arvoja.,
λ
= R
n2,
, n = 3, 4, 5, 
Tässä R on Rydbergin vakio 1, joka on tarkkaan mitattu ja todettu arvo R = 10973731.5683 ± 0.0003 m–1. Muuttuja n on mikä tahansa kokonaisluku, joka on yhtä suuri tai suurempi kuin 3. Aallonpituuksien sarja, joka johtaa N = 3, 4, 5,…, on nimeltään Balmer-sarja.,1 Moderni kvanttiteoria ja atomin rakenne ennustaa arvo R kannalta muut vakiot: c (valon nopeus), h (Planckin vakio), e (charge electron), ja m (massa elektronin). Kokeellisesti mitattu arvo R edellä mainittujen kanssa samaa mieltä siitä, teoreettinen ennuste yhdistetyssä epävarmuustekijöitä nämä muut vakiot, mikä antaa uskottavuutta teoria. Tämä on hyvä esimerkki siitä, missä virhe analyysi on avain auttaa meitä määrittämään, onko teoria fysiikan todella kuvaa luontoa.,Hila voidaan tarkkailla yksittäisiä aallonpituuksia valon vastuuvapauden putki. Ritilä sinun tulee käyttää on-line tai ura tiheys noin 300 viivaa/mm, jolloin riviväli-d on luokkaa 3 × 10-6 m. Kun valon aallonpituus λ vastuuvapauden putki kulkee ritilä, se on taittuneen kulmassa, θ, koska ritilä yhtälö.
Tässä m on kokonaisluku ja on nimeltään order of diffraction., Ritilää varten, jota käytät, ne = ± 1 ja m = ± 2 ovat helposti havaittavissa.Edellä esitetty kokeellinen järjestely on esitetty kuvassa 1. Purkausputken valo avautuu diffraktioritilän läpi. Pois vasemmalle ja oikealle puolelle putki, sinun pitäisi pystyä nähdä värillisiä kuvia vastuuvapauden putki esiintyy ylä-ja alapuolella mittari kiinni. Kuvassa 2 näkyy ritilän läpi nähtävä näkymä.,
Kuva 1.
Kuten Kuvassa 1, ensimmäinen jotta kuva kunkin aallonpituus näkyy kulmassa, θ, tyydyttävä Eq. (2)
. Siksi eri aallonpituudet näkyvät eri paikoissa mittarin kepin varrella. Kulma, joka vastaa kunkin aallonpituus voidaan määrittää mittaamalla D ja L.
Kuva 2: spektriviivojen nähnyt läpi hila metrin päässä vastuuvapauden putki.
jos λ Ja θ tunnetaan ekv., (2)
, sitten d voidaan määrittää. Mittaat θ seitsemällä tunnetulla heliumin aallonpituudella. Käyrä sovi sitten avulla voit tarkasti määrittää ritilän väli d. Toisessa osassa lab, sinun tulee käyttää tätä arvoa d mitata aallonpituuksilla vetyä.
Menettely
Käytä äärimmäistä varovaisuutta noin vastuuvapauden putki virtalähde. Se tuottaa 5000 volttia, jonka virta riittää vaaralliseksi. Älä koske syöttöelektrodeihin tai putkeen, kun syöttö on päällä., Sammuta virransyöttö purkuputkia vaihdettaessa. Koska alue kuumenee käytön aikana, vältä tarttumasta putkien keskelle.
Osa 1: Helium Taajuuksien
Määritä järjestely on esitetty Kuviossa 1. Varmista, että purkausputken virtalähde on irti ja pois päältä. Aseta heliumkaasuputki elektrodien pitimiin. (Putket ovat hauraita; käsittele niitä huolellisesti.) Putki on suoraan ylös ja alas ja sijoitettu lähelle 50 cm Merkki mittarin kiinni.,
kytke virta päälle. Purkausputken tulee syttyä välittömästi. Jos näin ei ole, pyydä ohjaajalta apua. Yksi lab kumppani pitäisi katsoa läpi hila, kun taas toinen kumppani toimii vastakkaisella puolella mittari kiinni kun lukemat.
henkilö etsii läpi hila pitäisi katsoa vasemmalle ja oikealle vastuuvapauden putki paikantaa diffraktio kuvia. Etsi ensimmäinen järjestys
ja toinen järjestys
kuvat., Pyöritä tarvittaessa ritilää niin, että kuvat näkyvät juuri mittaritikun ylä-ja alapuolella samalla tavalla kuin purkuputki itse tekee.
Taulukossa 1 luetellaan aallonpituudet seitsemän kirkkain näkyvissä rivit helium spektrin järjestyksessä lyhyin että pisin aallonpituus. Jokaisen diffraktiojärjestyksen kuvat näkyvät tässä samassa järjestyksessä, PIENIMMÄLLÄ aallonpituudella pienimmässä kulmassa. Yhdistä kuvat lueteltuihin aallonpituuksiin. Kun katsot ritilän läpi oikealle, etsi ensimmäisen kuvan sijainti mittaritikkua pitkin., Lab kumppani läpi ritilä pitäisi ohjeistaa muita labra-asentoon pieni osoitin (esim. kynä) sekä mittarin stickuntil osoitin on linjassa kuvan kanssa mitataan. Osoittimen kanssa oleva kumppani lukee sitten asennon mittaritikkua pitkin. Käytä mittaritikun lukemiseen tarvittaessa matalateholukulamppua. Kirjaa kunkin heliumjonon sijainti XR taulukkoon 1.
Toista prosessi seitsemän kuvien näkymisen vasemmalla vastuuvapauden putki., Tallenna kunkin kuvan sijainti XL taulukkoon 1.
Osa 2: Vedyn Spektrin
Sammuta ja irrota vastuuvapauden virtalähde ja anna vastuuvapauden putki jäähtyä useita minuutteja. (Varoitus: putki on erittäin kuuma, kun ensin sammuttaa tarjonnan.) Poista heliumputki ja vaihda se vetyputkeen. Aseta virtalähde uudelleen vetyputken kanssa 50 cm: n asentoon mittaritikkua pitkin.
Kolme helposti havaittavissa värit vety on lueteltu Taulukossa 2., Yhdistä värit diffraktiorivityksen läpi nähtyihin kuviin. Tallenna ensimmäisen kertaluvun kuvien sijat XR ja XL taulukkoon 2.
häiritsemättä mittari kiinni tai diffraktio ritilä, huolellisesti mitata etäisyys L Kuva 1 avulla metrinen mittanauha. Sisällytä epävarmuus kirjattuun arvoosi.,
Analyysi
Ritilän Väli d
kunkin helium aallonpituus, laskea keskimääräinen etäisyys vastuuvapauden putki ja ensimmäisen kertaluvun kuvia käyttämällä seuraavaa yhtälöä.
XR − XL
Myös laskea
D
L
, θ,
ja sin θ kunkin aallonpituus. Kirjaa laskelmasi taulukkoon 3.
Juoni λ vs., sin θ ja käyttäen vähiten neliömäinen lineaarinen istuvuus, löytää Rinne. Rinnettä teidän kaavio, löytää paras arvio ritilän väli -, d -, metriä ja arvioitu virhe d.
Rydbergin Vakio
Seuraavat samaa menettelyä käytetään vaiheessa 1 edellä, löytää sin θ jokaiselle vety-aallonpituuksia havaitaan ja tallentaa ne Taulukossa 4.
Käyttämällä arvo ritilän väli löytyy vaihe 2 edellä ja ritilä yhtälö, Eq., (2)
laske aallonpituus, metriä, kolme vedyn viivat havaitaan ja recordthose Taulukossa 4.
Suorittaa vähintään neliön lineaarinen sovi teidän tiedot.
taajuuskorjain. (1)
λ
= R
n2,
, n = 3, 4, 5,
voidaan kirjoittaa seuraavassa muodossa.,
λ
= R
no2
n2,
Vertaa tätä lomaketta teidän curve fit yhtälö löytää arvot vakiot R ja o. Tarkasteltavien virhe rinne antama käyrä sovi, löytää epävarmuutta R.
Keskustelua
Yhteenveto tuloksista arvon ritilän väli ja Rydbergin vakio (sekä niiden arvot ja niiden epävarmuudet)., Vertaa kvantitatiivisesti Rydbergin vakion arvoa hyväksyttyyn arvoon R = 10973732 m-1.