9.6. Higanygőz- és nátriumgőz-lámpa spektrumának vetítése
a) Higanygőz- és nátriumgőz-lámpa spektrumának kivetítése egyeneslátású prizmával, egyszerű lencsével 
A kísérlet célja
A kísérlet célja a higany és nátrium spektrumának vetítése a látható tartományban.
Szükséges anyagok, eszközök
- Nátriumgőz-lámpa, fojtótekerccsel egybeépítve
- Higanygőz-lámpa, fojtótekerccsel egybeépítve
- Optikai sín
- Állítható rés
- Egyeneslátású prizma
- Vetítőlencse (f = 20 cm)
- cink-szulfid (ZnS) bevonatú ernyő
- Kettős kondenzor (f = 5 cm)
- Ernyő
Leírás
A 9.3/b feladatban használt összeállítást alkalmazzuk, azonban most rakhatjuk a rést közvetlenül a fényforrás (higany- vagy nátriumgőz-lámpa) elé. (Itt is ügyeljünk arra, hogy ne akadályozzuk a hűlést.) Az ernyőt kb. 2 m-re helyezzük a réstől. A vetítőlencsét az ernyő és a rés közé úgy tesszük, hogy az ernyőn a rés éles képe jelenjen meg, majd a lencse után betesszük az egyeneslátású prizmát. A vetítőlencse mozgatásával élesítjük a spektrumot. Ha a színkép vonalai átfednek, csökkentsük a rés méretét. Vonalas színkép vetítésénél keskenyebb rést használjunk, mint folytonos színkép vetítésénél, hogy az egyes vonalak jobban elkülönüljenek.
Vetítsük ki a higanygőz lámpa spektrumát! Tartsunk cink-szulfidos ernyőt a kivetített spektrum elé, és figyeltessük meg, hogy változott-e a spektrum!
Vetítsük ki a nátriumgőz lámpa spektrumát! Helyezzünk egy színes képet a nátriumgőz lámpa fényébe. Milyennek látszódik a színes kép?
Kísérlethez kapcsolódó kérdések
- Mit mutathatunk ki a ZnS-os ernyővel?
b) A higanygőz lámpa spektrumának kivetítése kvarc prizmával és kvarc lencsével
A kísérlet célja
A kísérlet célja a higany spektrumának vetítése a látható és nem látható tartományban és a higany ultraibolya tartományba eső színképének bemutatása.
Szükséges anyagok, eszközök
- Higanygőz lámpa, fojtótekerccsel egybeépítve
- Optikai sín
- Állítható rés
- Kvarc lencse (f = 15 cm, Leybold)
- 60 fokos törőszögű kvarc prizma
- Prizmatartó (kerek) asztalka nyéllel
- cink-szulfid (ZnS) bevonatú ernyő
- Fénymásoló papír
- Ernyő
Leírás
Az 9.3/a feladatban használt összeállítást alkalmazzuk kisebb módosítással. A lámpát cseréljük ki higanygőz lámpára és ne rakjunk kondenzort a lámpa után, hanem a rést rakjuk közvetlenül a lámpaház elé. (Ügyeljünk arra, hogy ne akadályozzuk a hűlést!) Az ernyőt kb. 2 m-re helyezzük a réstől. A kvarc vetítőlencsét az ernyő és a rés közé úgy tegyük, hogy az ernyőn a rés éles képe jelenjen meg, majd a lencse után tegyük be a kis asztalkára helyezve a kvarc prizmát. A prizmát állítsuk a minimális deviációra. Az ernyőt kissé elforgatva és a vetítőlencse helyzetén kicsit változtatva kapjuk az éles spektrumot.
Vetítsük ki a higanygőz lámpa spektrumát kvarc lencsével és kvarc prizmával először egy ernyőre, majd az ernyőre helyezett fénymásolópapírra.
Tartsuk a kis cink-szulfidos ernyőt a kivetített spektrum elé, és figyeltessük meg, hogyan változik a spektrum.
Kísérlethez kapcsolódó kérdések
- Miért és miben különbözik a kivetített spektrum, ha kvarc helyett üveg optikai eszközöket használunk?
- Mit mutat ki a cink-szulfidos ernyő?
Módszertani kiegészítések
- A kvarc optikai eszközök könnyen, hamar koszolódnak, megváltoztatva ezzel az ultraibolya sugárzás abszorpcióját. Ezért használat után egyből érdemes dobozba tenni őket.
- A cink-szulfidos ernyő nagyon jól láthatóvá teszi a jelenséget, de annak hiányában az ultraibolya vonalakat az egyszerű írólap is megmutatja (ultraibolya fény hatására kéken dereng). Érdemes a nem látható vonalak esetén megmutatni, hogy más anyagon (például a kezünkön) tényleg nem látszik
- Felmerülhet a diákokban a kérdés: Egy izzó gáz spektruma miért vonalas, és egy izzó szilárd fémé miért folytonos? Hiszen mindkettő atomokból áll, melyekben az elektronok diszkrét pályákon keringhetnek és az energiapályák közötti ugrálás során diszkrét energiájú fényt tudnak kisugározni, illetve elnyelni. Ezt a gondolatot támasztja alá, hogy a Rutherford szórási kísérletét aranyfólián végezte és utána tanítjuk erre alapozva a Bohr-modellt, tehát biztosan aranyra is jó a modell. Persze az izzó aranynak folytonos a színképe. Ennek magyarázata bonyolult. Az ellentmondás feloldásához érdemes elmondani a Bohr-modell milyen anyagoknál használható, valamint, hogy fémekben vannak delokalizált elektronok, melyek energiája folytonosan változtatható, ezért lesz folytonos a színkép.
- Természetesen szilárd testek esetén is vannak karakterisztikus vonalak. Tipikusan nagyenergiájú elektronokkal lehet gerjeszteni őket, és röntgen-sugárzás tartományába eső fotonokat sugároznak ki.
Tweet