Національний університет «Львівська політехніка» Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології Кафедра Фізики
Звіт Лабораторна робота № 46 «Дослідження молекулярних спектрів поглинання і визначення сталої Планка» Львів – 2016 Мета роботи Ознайомитись із структурою молекулярних спектрів поглинання водних розчинів
, CuSO4, KMnO4 і визначити сталу Планка за молекулярним спектром поглинання водного розчину біхромату калію
Прилади і обладнання Монохроматор УМ – 2, неонова лампочка, кювети з водними розчинами
, CuSO4, KMnO4, конденсорна лінза Теоретичні відомості та опис установки Енергія, яку необхідно затратити для реакції розпаду іона
.
, (3) де
( тепловий ефект реакції (для реакції (1)
),
( число Авогадро. Формула для знаходження сталої Планка
. (4) Лабораторна установка для вивчення спектрів поглинання водних розчинів зібрана на базі монохроматора УМ-2, який використовується як спектроскоп. Оптична схема установки наведена на рис. 1, а її загальний вигляд – на рис. 2. На рис. 1 схематично виділені оптичні елементи, що входять до складу монохроматора. Як видно з рис.1, сфокусоване конденсорною лінзою 3 світло проходить через досліджуваний розчин 4 і потрапляє на вхідну щілину 6 монохроматора. Далі, пройшовши дисперсійну призму 8, світловий промінь через об’єктив зорової труби 9 досягає окуляр 11. Рис. 1 1 – джерело світла; 2 – захисний кожух джерела світла; 3 – конденсорна лінза; 4 – кювета з досліджуваним розчином; 5 – збиральна лінза; 6 – вхідна щілина; 7 – об’єктив коліматора; 8 – дисперсійна призма; 9 – об’єктив зорової труби; 10 – візир; 11 – окуляр.
Рис. 2 1 – джерело світла (лампочка розжарювання) в захисному кожусі; 2 – конденсорна лінза; 3 – неонова лампочка в захисному кожусі; 4 – кювета з досліджуваним розчином; 5 – монохроматор УМ–2; 6 – окуляр; 7; 8 ( регулювальні гвинти; 9 – барабан довжин хвиль; 10 – блок живлення установки. Послідовність виконання роботи ЗАВДАННЯ 1. Градуювання монохроматора Для цього потрібно (див. рис. 2): Розмістити на оптичній лаві перед вхідною щілиною монохроматора конденсорну лінзу 2, а за нею – неонову лампочку 3 в захисному кожусі. Встановити ширину вхідної щілини монохроматора ~ 0,22 мм. Увімкнути неонову лампочку в мережу 220 В. Сфокусувати за допомогою конденсорної лінзи 2 випромінювання неонової лампочки на вхідну щілину монохроматора. Одержати чітке зображення спектральних ліній випромінювання неонової лампочки в окулярі 6 монохроматора 5 за допомогою регулювальних гвинтів 7 і 8, а оптимальну ширину ліній – незначним регулюванням ширини вхідної щілини монохроматора. Обертаючи барабан 9 довжин хвиль монохроматора, почергово встановлювати спектральні лінії неону, які зображені на робочому місці і одночасно видимі в окулярі 6, навпроти візира монохроматора і робити відліки
положень спектральних ліній за шкалою барабана. Результати вимірювань записати в таблицю 1. Побудувати графік градуювання монохроматора. Для цього по осі абсцис необхідно відкласти значення довжин хвиль
спектра випромінювання неону, а по осі ординат – відповідні їм значення відліків
(у відносних кутових одиницях) за шкалою барабана 9 довжин хвиль монохроматора. Таблиця 1
, Ǻ 585,2 594,5 609,6 614,3 626,6 633,4 640,2 650,6  
, відн.од. 2166 2212 2280 2299 2352 2376 2402 2442  
ЗАВДАННЯ 2. Вивчити спектри поглинання водних розчинів: мідного купоросу CuSO4, біхромату калію K2Cr2O7, марганцевокислого калію KMnO4 та визначити сталу Планка Щоб охарактеризувати положення даної смуги або області поглинання в спектрі, вказують довжини хвиль початку і кінця поглинання, а також те місце в спектрі, де спостерігається найбільш сильне поглинання. Якщо смуга поглинання знаходиться не тільки у видимій області, але захоплює ультрафіолетову або інфрачервону області, то потрібно вказати лише початок або кінець області поглинання. Для отримання спектрів поглинання водних розчинів: мідного купоросу CuSO4, біхромату калію K2Cr2O7, марганцевокислого калію KMnO4 необхідно (див. рис. 2): Розмістити на оптичній лаві конденсорну лінзу 3 і джерело світла 1. Між вхідною щілиною монохроматора і конденсорною лінзою 2 розмістити предметний столик. Увімкнути пульт живлення 10 монохроматора в мережу 220 В. Спостерігати випромінювання з джерела світла 1. Пересуваючи лінзу 3 по оптичній лаві, домогтися чіткого зображення нитки лампочки розжарення джерела світла на вхідній щілині монохроматора. При цьому, спостерігати спектр випромінювання лампочки в окулярі 6 монохроматора. Розмістити на предметному столику кювету 4 з досліджуваним розчином. Збільшуючи або зменшуючи ширину вхідної щілини монохроматора, домогтися найкращого зображення смуг поглинання. Зробити відліки за шкалою барабана довжин хвиль 9 у відносних кутових одиницях положень початку і кінця смуг поглинання (країв темних смуг поглинання на світлому фоні суцільного спектра), а також місце в спектрі, де спостерігається максимум поглинання. Результати вимірювань записати в таблицю 2. За кривою градуювання монохроматора, одержаною в ЗАВДАННІ 1, визначити значення
довжин хвиль, які відповідають початку, кінцю і максимуму поглинання. Знайдені значення
записати в таблицю 2. За знайденим значенням
довжини хвилі початку поглинання біхромату калію
за формулою (3) обчислити сталу Планка. Таблиця 2 Назва речови-ни Спектральні смуги поглинання h·1034, Дж·с   Початок поглинання Максимум поглинання Кінець поглинання    
, відн.од. 
, Å 
, відн.од. 
, Å 
, відн.од. 
, Å  7,2  K2 CrO7 1954 544,3 2306 618,3     CuSO4 2352 626,6 1588 466,8     KMnO4 2112 581,2 2478 660,3     
=
7,2*10^(-34)