LS8. Brechung, Dispersion und Spektroskopie Version vom 23. Mai 2016
|
|
- Simon Reinhardt Vogt
- vor 6 Jahren
- Abrufe
Transkript
1 Brechung, Dispersion und Spektroskopie Version vom 23. Mai 2016
2 Inhaltsverzeichnis Grundlagen Begriffe Das Brechungsgesetz Dispersion Einteilung und Entstehung von Spektren Lichtbrechung im Prisma Spektrometer Aufgabenstellung Versuchsaufbau und Durchführung Aufnahme des Spektrums und Bestimmung der Wellenlängen Spektroskopische Bestimmung einer unbekannten Substanz Spektrometrie und Photometrie Begriffe Absorption von Licht in Materie Spektroskopische Identifikation unbekannter Substanzen Neodym und Praseodym Aufgabenstellung Versuchsaufbau und Durchführung
3 Inhaltsverzeichnis Lehr/Lernziele Ihr Ziel ist das kennenlernen und verstehen von Dispersion, Brechung sowie Emissionsund Absorptionsspektren durch computergestützte Messverfahren. So erlernen Sie eine spektroskopische Methode um Spektren interpretieren zu können. Weiters soll der Umgang mit optischen Messgeräten, Winkelablesung mittels Nonius-Skala aber auch das Justieren optischer Strahlengänge verbessert werden. Einfache optische Messgeräte bedienen können. Üben der Winkelablesung mittels einer Nonius-Skala. Justieren optischer Strahlengänge. Dispersion verstehen. Emissions- und Absorptionsspektren kennenlernen. Spektroskopische Methoden kennenlernen und Spektren interpretieren lernen
4 1.1 Grundlagen Begriffe Monochromatisches Licht, weißes Licht, Spektren, Fermat sches Prinzip, Huygens sches Prinzip, Brechungsgesetz, Dispersion, spektrales Auflösungsvermögen, Absorption, Emission, Transmission, Extinktion, Absorbanz Das Brechungsgesetz Fällt Licht auf die Grenzflächen zweier Medien 1 und 2, in denen sich das Licht mit verschiedener Geschwindigkeit ausbreitet, so erfährt es neben teilweiser Reflexion eine Ablenkung (Brechung). Einfallender, reflektierter und gebrochener Lichtstrahl liegen mit dem Einfallslot in einer Ebene (siehe Abb. 1). Lot Medium 1 Medium 2 α 1 α r n 1 n 2 α 2 Abbildung 1: Reflexion und Brechung an einer Grenzfläche zwischen zwei Medien. Nach dem Reflexionsgesetz gilt: α 1 = α r, wobei α 1 der Einfallswinkel und α r der Reflexionswinkel sind. Nach dem Brechungsgesetz von Snellius gilt: sin α 1 sin α 2 = c 1 c 2 = n 21 = n 2 n 1 = 1 n 12 (1.1) In Gleichung 1.1 wird der Brechungswinkel α 2, c 1 und c 2 die Lichtgeschwindigkeit in den Medien 1 und 2, die absolute Brechzahl von Medium 1 bzw. 2 gegen Vakuum mit n 1 und n 2 sowie die relativen Brechzahlen mit n 21 und n 12 beschrieben. Neben dem Ausdruck Brechzahl wird auch Brechungsindex (Mehrzahl: Brechungsindizes) verwendet
5 Bei der Brechung sind grundsätzlich zu unterscheiden: Brechung zum Lot: Medium 1 optisch dünner als Medium 2, n 1 < n 2, c 1 > c 2, n 21 > 1. Brechung vom Lot: Medium 1 optisch dichter als Medium 2, n 1 > n 2, c 1 < c 2, n 21 < 1. Totalreflexion: Grenzfall beim Übergang vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium. Es existiert ein Einfallswinkel α 1 = α g (Grenzwinkel der Totalreflexion) für den α 2 = 90 wird, das heißt, das Licht dringt nicht mehr ins Medium 2 ein. In diesem Fall gilt: sin α g = n 2 n 1 Beachten Sie hierzu das interaktive Arbeitsblatt zur Brechung auf der elearning Seite Dispersion Während sich Licht im Vakuum unabhängig von seiner Wellenlänge mit gleicher Geschwindigkeit fortpflanzt, hängt seine Geschwindigkeit c in verschiedenen Medien von der Wellenlänge λ und damit auch von der Frequenz ν ab. Bei sichtbaren Licht nimmt die Geschwindigkeit mit steigender Frequenz ab, d.h. der absolute Brechungsindex nimmt zu (das gilt im Bereich der normalen Dispersion). Licht einer einzigen Frequenz - in der Praxis: eines sehr engen Frequenzbereiches - heißt monochromatisches Licht. Die Mischung sämtlicher Frequenzen des sichtbaren Bereichs in einer dem Sonnenlicht entsprechenden Intensitätsverteilung heißt weißes Licht. Wird aus dieser Verteilung der Frequenzbereich einer Spektralfarbe ausgeblendet, ergibt die verbleibende Frequenzverteilung die zugehörige Komplementärfarbe. Zerlegt man Licht (z.b. durch ein Prisma oder Gitter) in seine monochromatischen Anteile, erhält man ein Spektrum (siehe Abb. 2)
6 Rot Weißes Licht Orange Gelb Grün Blau Violett Abbildung 2: Zerlegung von weißem Licht durch ein Glasprisma. Langwelliges rotes Licht wird weniger stark gebrochen als kurzwelliges violettes Licht Einteilung und Entstehung von Spektren Nach der Art ihrer Entstehung unterscheidet man zwischen Emissions- und Absorptionsspektren. Emissionspektren werden eingeteilt in: Kontinuierliche Spektren Diese entstehen durch Strahlung von glühenden festen oder flüssigen Stoffen sowie angeregter Gase oder Dämpfe hoher Dichte. Diskontinuierliche Spektren Diese werden auch diskrete Spektren genannt und entstehen durch Strahlung angeregter Gase kleiner Dichte. Dazu zählen Bandenspektren (angeregte Moleküle) und Linienspektren (angeregte Atome). Für das Entstehen der Spektren sind die Elektronen der äußersten Energieniveaus (Schalen) verantwortlich. Durch Energiezufuhr (z.b. Erwärmen) wird ein äußeres Elektron auf ein höheres Energieniveau gehoben. Das Atom befindet sich für kurze Zeit (ca s) in einem angeregten Zustand. Kehrt das Elektron auf ein niedrigeres Energieniveau zurück, wird die Energiedifferenz E als Lichtblitz (Wellenzug, Lichtquant) der Frequenz ν ausgestrahlt. Es gilt: E = hν worin h das Plank sche Wirkungsquantum ist. Nach dem Kirchhoff schen Strahlungsgesetz sendet jeder Stoff in angeregtem Zustand Strahlung derselben Frequenz aus, die er auch absorbieren kann. Atomtheoretisch ist das selbstverständlich, da ein Elektron bei einem bestimmten Bahnübergang nur denselben - 4 -
7 Energiebetrag E bzw. hν absorbieren kann, den es beim Rücksprung wieder emittiert. Werden von einem Stoff (z.b. von einem kalten Gas - vgl. Abb. 3) aus einem kontinuierlichen Spektrum bestimmte Frequenzen absorbiert ( Absorptionslinien ) und dadurch deren Intensität im Vergleich zum übrigen Frequenzbereich stark geschwächt, so erhält man ein Absorptionsspektrum, z.b. Frauenhofer sche Linien im kontinuierlichen Sonnenspektrum. Abbildung 3: Entstehung (schematisch) und Aussehen verschiedener Spektren Lichtbrechung im Prisma Ein optisches Prisma ist ein Körper aus einer lichtbrechenden Substanz mit der Brechzahl n, der von zwei ebenen, nicht parallelen Flächen begrenzt wird. Die Schnittgerade der beiden Flächen heißt brechende Kante. Der Winkel ε, den die beiden brechenden Flächen einschließen, heißt brechender Winkel. Ein Lichtstrahl wird beim Durchgang durch das Prisma zweimal an den Grenzflächen gebrochen. Der aus dem Prisma austretende Lichtstrahl erfährt dabei eine Gesamtablenkung um den Winkel δ gegenüber dem einfallenden Strahl
8 brechende Kante einfallendes monochromatisches Parallellichtbündel brechende Winkel ε Brechzahl n L α α 1 - β 2 - β 2 1 Bündelachse Einfallslot α 1 ε β 1 Brechzahl β 2 n Lot α 2 δ Bündelachse ausfallendes Parallellichtbündel brechende Flächen Basis Abbildung 4: Brechung und Ablenkung eines monochromatischen Lichtstrahles beim Durchgang durch ein Prisma Für ein Prisma gegen Luft gilt: sin α 1 = n sin β 1 und sin α 2 = n sin β 2. Die totale Ablenkung δ, die das Lichtbündel beim Durchgang durch das Prisma erfährt, ergibt sich aus Abb. 4: δ = α 1 β 1 + α 2 β 2 = α 1 + α 2 ε. Sie hängt also bei fester Wellenlänge vom Einfallswinkel α 1 vom brechenden Winkel ε und von der Brechzahl n des Prismas ab. δ = δ (α 1, ε, n). Bei gegebenen Prisma, d.h. vorgegebenen Werten von ε und n, wird die Ablenkung ein Minimum (δ min ), wenn der Lichtweg im Prisma symmetrisch verläuft, d.h. wenn das Lichtbündel senkrecht durch diejenige Ebene tritt, die den brechenden Winkel ε halbiert. Dann gilt: β 1 = β 2 = ε 2 sowie ( ) δmin + ε α 1 = α 2 = 2 Und der Brechungsindex n ergibt sich zu n = sin α 1 = sin ( δmin ) +ε 2 sin β 1 sin ( ) (1.2) ε Da die Brechzahl n von der Wellenlänge abhängt, ist der Ablenkwinkel δ sowie der Winkel der minimalen Ablenkung δ min für jede Wellenlänge verschieden
9 1.1.6 Spektrometer Prismenspektrometer Geräte, bei denen man von der spektralen Zerlegung durch Prismen Gebrauch macht, heißen Prismen-Spektral-Apparate. Je nachdem ob man Spektren lediglich beobachten oder ausmessen will, unterscheidet man Spektroskope und Spektrometer. Der grundsätzliche Aufbau eines Spektrometers ist in Abb. 5 schematisch dargestellt. Abbildung 5: Prismenspektrometer (schematisch, von oben betrachtet). Die von der Lichtquelle Q ausgehenden Strahlen werden durch den Spalt S p begrenzt, der in der Brennebene der Kollimatorlinse L 1 liegt. Das aus L 1 austretende Parallelstrahlenbündel wird, nach zweimaliger Brechung an den Prismenflächen, in der Brennebene der Objektivlinse L 2 vereinigt. Monochromatisches Licht vorausgesetzt, entsteht ein Bild des Beleuchtungsspaltes, das mit dem Okular L 3 betrachtet werden kann. Zur Winkelablesung ist das Spektrometer als Goniometer konstruiert. Fernrohr (gebildet aus L 2 und L 3 ) und Prismentisch PT lassen sich um eine gemeinsame Achse schwenken (bzw. fixieren). Die Achse geht auch durch den Mittelpunkt des Teilkreises T, der mit dem Prismentisch PT verbunden ist. Das Fernrohr ist mit dem Kreisnonius N starr verbunden, das Spaltrohr mit dem Stativ der Anordnung. Gitterspektrometer An Stelle eines Prismas kann auch ein optisches Gitter als dispersives Element der spektralen Zerlegung verwendet werden. Licht unterschiedlicher Wellenlänge wird unterschiedlich - 7 -
10 stark gebeugt. Die Beugungsmaxima (z.b. erster Ordnung) weisen für jede Emissionslinie einen anderen Winkel auf. 1.2 Aufgabenstellung 1. Bestimmen Sie mit dem Goniometer des Prismenspektrometers den Winkel der minimalen Ablenkung für 5 verschiedene Spektrallinien der Quecksilberdampflampe. 2. Nehmen Sie mit dem automatischen Gitterspektrometer das Spektrum der Quecksilberdampflampe auf und bestimmen Sie die Wellenlänge aus den Emissionsmaxima der Spektrallinien. 3. Tragen Sie die errechneten Brechungsindizes gegen die gemessenen Wellenlängen auf und zeichnen Sie die Dispersionskurve des Flintglasprismas. 1.3 Versuchsaufbau und Durchführung Verwenden Sie den Aufbau des Spektrometertisches wie in Abbildung 6 gezeigt. Sie brauchen dazu das Fernrohr und den Winkelnonius (eingebaut). Je nach Bautyp machen Sie sich mit den Funktionen der unterschiedlichen Stell- und Arretierschrauben vertraut. Abbildung 6: Versuchsaufbau zum Flintglasprisma Versuch mit allen Komponenten
11 Als Beleuchtungsquelle wird eine Spektrallampe verwendet, welche ein diskontinuierliches Licht aussendet (zahlreiche scharfe Spektrallinien). Für die Versuche dieses Beispiels wird eine Quecksilberdampflampe (Hg) verwendet. Das verwendete Prisma hat den Querschnitt eines gleichseitigen Dreiecks, daher ist der brechende Winkel ε = 60. Zunächst wird die Richtung ϕ 1 des unabgelenkten Lichtstrahls (ohne Prisma) gemessen. Anschließend wird das Prisma auf den Prismentisch PT positioniert. Handhaben Sie das Prisma behutsam, es ist sehr empfindlich und splittert leicht ab. Nun wird das vom Prisma erzeugte Spektrum mit freiem Auge durch Betrachten der von der Beleuchtungsquelle weiter entfernten Prismenfläche gesucht (verwenden Sie dazu ein weißes Blatt Papier). Wie in den Abbildungen 5 und 7 zu erkennen ist, muss das Licht in einem sehr flachen Winkel auf die Prismenfläche fallen. Der durchtretende Strahl verlässt das Prisma ebenfalls in einem flachen Winkel. In diese Stellung wird das Fernrohr gebracht um das Spektrum zu beobachten. Die Stellung der minimalen Ablenkung findet man durch Drehen des Prismentisches mit dem Prisma. Die Richtung des Strahles ϕ 2 in dieser Position wird wieder gemessen; die Differenz aus ϕ 1 und ϕ 2 ist gleich δ min (siehe Abbildung 7). Abbildung 7: Bestimmung des Winkels der minimalen Ablenkung bei symmetrischem Strahlengang. Für 5 Spektrallinien sind die Winkel der minimalen Ablenkung δ min zu bestimmen. Sämtliche Winkel sind am Teilkreis auf eine Winkelminute genau abzulesen. Beide Nonien können zur Ablesung verwendet werden. Eine Lupe erleichtert das Ablesen der Werte. Die Brechungsindizes für jede Spektrallinie sind anzugeben. Zum Ablesen eines Winkelmessgerätes mit Nonius wird auf den Anleitungstext von LS1, Messen, Messunsicherheit in der Mechanik verwiesen. Auf der elearning-seite des Anfängerpraktikums zu diesem Kurstag finden Sie ein vertontes Lehrvideo zur Bedienung eines Prismenspektrometers
12 1.3.1 Aufnahme des Spektrums und Bestimmung der Wellenlängen Um das Spektrum der Quecksilberdampflampe aufzunehmen, entfernen Sie das Prisma vom Spektrometertisch, drehen das Fernrohr zur Seite und setzen die Laborhebebühne mit Schirm und Glasfaserkabel wieder in den Strahlengang. Zur Messung mit dem automatischen Gitterspektrometer ist es wichtig, dass das Glasfaserkabel stabil am Schirm montiert ist (ihr Durchmesser beträgt nur 400 µm) und mit dem Spektrometer wie in Abb. 6 dargestellt verbunden ist. Verschieben Sie den Labortisch, um Licht mit der Faser einzufangen. Starten Sie die Software Spectra Suite (siehe Abb. 8). Abbildung 8: Screenshot der Software Spectra Suite Stellen Sie die Integrationszeit im Bedienfeld Nr.2 (siehe Abb. 8, Vergrößerung in Abb. 9) auf etwa 20 ms, das Ziel sollte eine durchgängig sichtbare Intensitätskurve am Bildschirm sein. Abbildung 9: Bedienfeld Integrationszeit Wenn sie nichts sehen können, klicken Sie auf den grünen Pfeil PLAY (siehe Abb. 8, Bedienfeld Nr. 2)
13 Offfnen Sie zuerst den Spalt vor der Quecksilberlampe weit, damit sicher gestellt ist, dass Licht vom Sensor eingefangen wird. Verringern Sie nun die Größe des Spaltes und justieren Sie die Faser so nach, dass weiterhin Licht eingefangen wird (die Lichtintenstität sinkt je kleiner die Spaltofffnung ist). Verringern Sie die Spaltbreite so lang, bis die gelbe Doppellinie (bei 576,96 nm und 579,07 nm) im Spektrum getrennt sichtbar ist. Mit der Software Spectra Suite können Sie das Spektrum nun aufnehmen. Je nach Lichtintensität müssen Sie eventuell die Integrationszeit verändern. Sind die optimalen Einstellungen gewählt, drücken Sie PAUSE, um das Spektrum aufzunehmen. Mittels Mausklick können Sie die Wellenlängen der Emissionsmaxima messen. Das Ergebnis wird unterhalb der Wellenlängenachse in der Statuszeile angezeigt. drucken Sie das Spektrum aus und beschriften Sie die Emissionsmaxima. Nun zeichnen Sie die Dispersionskurve n(λ). Sie können diese auch fitten. Geeignet dafür ist z.b. die Cauchy-Gleichung (die Eingabe muss in QTI-PLot mit dem Fit-Assistenten erfolgen). Wenn Sie diese recherchieren, werden Sie auch auf Literaturwerte stoßen und können somit die Plausibilität Ihrer Ergebnisse überprüfen
14 2 Spektroskopische Bestimmung einer unbekannten Substanz 2 Spektroskopische Bestimmung einer unbekannten Substanz 2.1 Spektrometrie und Photometrie Begriffe Monochromatisches Licht, weißes Licht, Spektren, Spektroskopie Absorption, Emission, Transmission, Photometrie, Extinktion, Absorbanz, Energieniveaus Absorption von Licht in Materie Die mikroskopischen Bestandteile der Materie werden durch das Licht zu Schwingungen angeregt und Elektronen werden von niedrigeren Energieniveaus in höhere gehoben. Beim Zurückkehren des Elektrons in den Grundzustand werden Photonen in alle Raumrichtungen abgestrahlt. Dadurch verliert der Lichtstrahl auf seinem Weg durch die Materie in seiner Ausbreitungsrichtung an Energie. Abbildung 10 zeigt anschaulich, wie die Intensität I des Lichtes (= Leistung pro Fläche, Einheit W/m 2 ) beim Durchqueren einer Probe abnimmt. Intensität I 0 I trans 0 d Weg Abbildung 10: Die Abnahme der Lichtintensität beim Durchgang durch Materie. Diese Schwächung der Licht-Intensität wird durch das Lambert-Beer sche Gesetz beschrieben: I(d, λ) = I(0) e α(λ) d. (2.1) I(0) und I(d, λ) sind die Intensitäten, die das Licht am Beginn und am Ende seines Weges durch die Probe hat, α(λ) der Absorptionskoeffizient und d ist die Dicke der Probe. Die
15 2 Spektroskopische Bestimmung einer unbekannten Substanz Intensität nach Austritt aus der Probe ist deshalb von der Wellenlänge λ abhängig, da die Absorption nicht nur von der Schichtdicke d abhängt, sondern auch von der Wellenlänge. Nicht jede Wellenlänge wird gleich stark absorbiert, d.h. α ist Wellenlängenabhängig! In der Folge werden jedoch alle Zusammenhänge der Einfachheit halber nur für eine Wellenlänge angegeben. Es muss dem Leser aber klar sein, dass im Experiment I(d) und andere Größen immer für ein ganzes Wellenlängenspektrum aufgezeichnet werden! Die Einheit von α ist in SI-Einheiten m 1, jedoch wird in der Praxis meist die Einheit cm 1 verwendet. Die Dicke muss dann entsprechend in cm angegeben werden. Das Produkt A = α d heißt Absorbanz oder auch optische Dichte der Probe. Sie ist eine dimensionslose Größe! Man kann die obige Gleichung so umformen (durch I(0) dividieren und auf beide Seiten den natürlichen Logarithmus anwenden): A = ln I(d) I(0). (2.2) Hier wurde A = α d gewählt. Könnte man I(0) und I(d) direkt messen, dann wäre die Absorbanz aus dieser Gleichung sofort zur errechnen. Nur: man kann innerhalb der Probe ja nicht messen. Was man experimentell bestimmen kann, sind I 0 und I trans vor und hinter der Probe. Der Quotient I trans /I 0 aus diesen Größen, also der Anteil des Lichtes, der durch die Probe gelangt ( transmittiert ) heißt Transmission T : T = I trans I 0 (2.3) Der Unterschied zwischen I 0 und I(0) auf der einen Seite und I trans und I(d) auf der anderen Seite kommt durch die Reflexion des Lichtes an den Grenzflächen der Probe zustande. Beim Eintritt in die Probe verliert das Licht einen bestimmten Anteil R der Intensität (R heißt Reflexionsvermögen der Probe) und ebenso beim Austritt. Folglich sind I(0) = (1 R) I 0 und I trans = (1 R) I(d). Daraus folgt dann für die Transmission 1 : T = (1 R) 2 e α d = (1 R) 2 I(d) I(0). (2.4) Um A = α d oder α zu bestimmen, muss man T und R messen und die obigen Formeln anwenden. Wenn also von Absorptionsmessung die Rede ist, dann bedeutet das in Wirklichkeit, dass die Transmission und die Reflexion gemessen und die Absorbanz oder der Absorptionskoeffizient ausgerechnet wird 2. Solche Messungen von A bzw. α für verschiedene Lichtwellenlängen heißen Absorptionsspektroskopie (oder -photometrie, wenn es sich um sichtbares Licht handelt). In der physikalischen Grundlagenforschung ist die Absorptionsspektroskopie eine wichtige Methode, die Energiezustände in Substanzen zu messen und die Vorgänge in diesen Substanzen zu verstehen. In der Chemie, der Biologie und anderen Naturwissenschaften wird 1 Das ist nur die einfachste Variante. Wenn man auch berücksichtigt, dass Licht zwischen den beiden Grenzflächen der Probe hin und her reflektiert werden kann, dann wird die Formel sehr viel komplizierter. 2 Das ist ähnlich wie bei elektrischen Messungen: man redet von Widerstandsmessung, jedoch werden eigentlich Spannung und Stromstärke gemessen und der Widerstand ausgerechnet
16 2 Spektroskopische Bestimmung einer unbekannten Substanz die Absorptionsspektroskopie eher als ein Werkzeug verwendet, um bestimmte Standard- Untersuchungen durchzuführen, wie z.b. die Inhaltsstoffe in Lösungen zu identifizieren und deren Konzentration zu bestimmen. Dabei geht es dann nicht so sehr um physikalische Korrektheit, als um die Einfachheit und Brauchbarkeit der Messmethode in der Praxis. Dazu werden die Messverfahren und die Auswertung stark vereinfacht. Bei Absorptionsmessungen an Lösungen, wie sie häufig in Chemie, Biologie und den Ernährungswissenschaften durchzuführen sind, macht man üblicherweise nur Transmissionsmessungen und vernachlässigt den Einfluss der Reflexion, d.h. man setzt in der obigen Gleichung 2.4 für T einfach R = 0. Damit vereinfacht sich die Gleichung zu und man kann für die Absorbanz schreiben: T = e α d = I(d) I(0) (2.5) A = ln T. (2.6) Wenn die Reflexion vernachlässigt wird, genügt also eine Transmissionsmessung, um die Absorbanz zu bestimmen. In den Experimenten, die Sie hier durchführen werden, wird diese Vereinfachung ebenfalls gemacht. Die obigen Gleichungen zeigen, dass man zur Berechnung von T zwei Messungen benötigt: eine sogenannte Referenzmessung ohne Probe (diese ist ein Maß für die einfallende Intensität I 0 ) und eine Messung mit Probe (ein Maß für I trans ) Spektroskopische Identifikation unbekannter Substanzen Die Elektronen in Substanzen können nicht beliebige Energien haben, sondern sie besetzen genau festgelegte Energieniveaus. Im Grundzustand sind die Energieniveaus bis zu einer bestimmten Grenze mit Elektronen gefüllt, während die darüber liegenden Niveaus leer sind. Abbildung 11 zeigt das schematisch. Auf einer vertikalen Achse ist die Energie aufgetragen, wobei der Grundzustand (gemeint ist hier das höchste Energieniveau, das im Grundzustand noch mit Elektronen besetzt ist) und ein höheres Energieniveau eingezeichnet sind. Letzteres liegt 4,85 ev 3 über dem Grundzustand. Abbildung 11: Schematische Darstellung der Energieniveaus einer Substanz. 3 Die Energieeinheit ev wird in der Physik und der Chemie für die Energien von Elementarteilchen verwendet. Es gilt 1 ev = 1, J
17 2 Spektroskopische Bestimmung einer unbekannten Substanz Trifft nun Licht mit einer Energie von 4,85 ev auf diese Substanz, so können Elektronen aus dem Grundzustand in das höhere Energieniveau angeregt werden. Das bedeutet: Licht dieser Energie wird absorbiert und verliert daher an Intensität. Konsequenz: Im Absorptionsspektrum tritt bei der Licht-Wellenlänge, welche der Energie von 4,85 ev entspricht, ein Maximum auf. Welche Licht-Wellenlänge entspricht einer bestimmten Energie? Die Beziehung zwischen Energie und Wellenlänge ist nur im Teilchenbild des Lichtes verständlich (eine der großen Errungenschaften der Quantenphysik). In diesem Bild besteht Licht aus Lichtquanten (Photonen) mit einer Energie E = h ν. Da gilt: c = λ ν, kann man schreiben: E = h c λ bzw. λ = h c E. Für E = 4, 85 ev wie in Abbildung 11 erhält man: λ = 255, 7 nm. Für diese Substanz erwartet man also im Absorptionsspektrum ein Maximum bei λ = 255, 7 nm (ultra-violett!). Auf diese Weise kann man aus Absorptionsmessungen die Energieniveaus in einer Substanz bestimmen, welche sozusagen der optische Fingerabdruck der Substanz darstellen, anhand dessen man sie identifizieren kann. Reale Substanzen haben zahlreiche Energieniveaus, viele davon im nicht-sichtbaren Bereich des Spektrums. Sie werden - als Beispiel für die Verwendung der Spektroskopie - Messungen an Lösungen der Elemente Neodym (Nd) und Praseodym (Pr) durchführen. Diese beiden Substanzen haben ausgeprägte Absorptionsmaxima im Bereich des sichtbaren Lichtes und den angrenzenden Spektralbereichen Neodym und Praseodym In diesem Praktikumsbeispiel geht es nicht in erster Linie um die Eigenschaften der beiden Elemente, sondern sie dienen lediglich als Demonstrations-Substanzen. Trotzdem sind ein paar Worte über diese wichtigen Materialien angebracht extrahierte Carl Gustav Mosander die seltene Erde Didym aus Lanthanoxid bemerkte Per Teodor Cleve, dass es sich bei Didym eigentlich um zwei Elemente handelte. Im Jahr 1879 isolierte Lecoq de Boisbaudran Samarium aus Didym, das er aus dem Mineral Samarskit gewann gelang es Carl Auer von Welsbach, dem berühmten Chemiker an der Universität Wien, Didym in Praseodym und Neodym zu trennen, die beide Salze mit verschiedenen Farben bilden. Dabei verwendete er die Absorptions-Spektroskopie zum Nachweis der gelungenen Trennung der beiden Elemente. Er konnte die beiden Elemente anhand der unterschiedlichen Lage ihrer Absorptionsmaxima identifizieren. Neodym hat große technische Bedeutung. Aus Verbindungen mit anderen Elementen, insbesondere Neodym-Eisen-Bor, entstehen extrem starke Dauermagnete, die man z.b. in den Leseköpfen von Computer-Festplatten verwendet
18 2 Spektroskopische Bestimmung einer unbekannten Substanz 2.2 Aufgabenstellung 1. Nehmen Sie mit dem automatischen Gitterspektrometer das Absorptionsspektrum einer unbekannten Flüssigkeit A, B oder C (beim Betreuer zu erfragen) auf und bestimmen Sie die Absorptionsmaxima. 2. Bestimmen Sie den Inhalt der unbekannten Probe durch Vergleich mit den angegebenen Absorptionsmaxima für Neodym und Praseodym. 2.3 Versuchsaufbau und Durchführung Für diesen Versuch muss der Küvetten-Aufsatz auf dem Spektrometer montiert werden (siehe Abb. 12). Stecken Sie den Aufsatz exakt und behutsam auf, die Verbindungselemente sind sehr empfindlich. Nun müssen noch die beiden Feststellschrauben festgezogen werden. Bitte ebenfalls sehr vorsichtig vorgehen und keinesfalls zu fest anschrauben! Abbildung 12: Spektrometer mit Küvettenaufsatz Für eine Absorptionsmessung benötigt man ein Referenzspektrum I 0 (λ) und ein Spektrum nach der Probe I d (λ). Das wird so gemessen, indem man das Spektrum ohne Probe und nach Durchgang durch die Probe aufnimmt. Das Programm rechnet selbständig in Absorbanz (siehe Gl. 2.6) um. Die Aufnahme des Referenzspektrums nennt man auch Kalibration des Spektrometers, wobei auch berücksichtigt werden muss, dass es ein thermisches Hintergrundrauschen des Detektors gibt, welches vom Referenzspektrum abgezogen werden muss
19 2 Spektroskopische Bestimmung einer unbekannten Substanz Abbildung 13: Bedienfeld 4 (vgl. Abb. 8): Messung verschiedener Spektren und Kalibrierung Öffnen Sie die Software Spectra Suite und kalibrieren Sie nun das Spektrometer für eine Absorptionsmessung. Drehen Sie die integrierte Lichtquelle auf, in dem Sie das Kontrollkästchen Strobe/Lamp enable: aktivieren (siehe Abb. 14) Abbildung 14: Checkbox zum aufdrehen der integrierten Lichtquelle. Play/Pause Taste zur Aufnahme des Spektrums. Korrigieren Sie die Integrationszeit (zwischen 10 und 20 ms), sodass ein komplettes Spektrum sichtbar ist (vgl. Abb. 9). Nehmen Sie das Leerproben-Spektrum (Referenzspektrum) auf, indem Sie auf Schalter 3 klicken (siehe Abb. 13) keine Küvette im Spektrometer. Das dient als Referenzwert (für jede einzelne Wellenlänge) für die spätere Berechnung der Absorption (siehe Grundlagen). Anschließend wird der schwarze Quader in den Küvettenhalter gestellt und ein Dark-Spektrum aufgenommen (Hintergrundspektrum auf Grund von thermischem Detektorrauschen), indem Sie auf Schalter 2 klicken. Ziehen Sie das Dark-Spektrum ab, indem Sie auf Schalter 5 klicken. Nehmen Sie das Spektrum des transmittierten Lichtes (I d (λ)) auf, indem Sie auf Schalter 4 klicken, falls dieser nicht bereits automatisch aktiviert sein sollte. Stellen Sie eine Proben-Küvette in das Spektrometer, sodass das Licht durch die Breite Küvettenseite tritt (und dabei den kürzeren Weg durch die Probe nimmt). Nun wählen Sie das Absorptionsspektrum, indem Sie auf Schalter 6 klicken und nehmen dieses auf. In Ihrem Diagramm (Ausdruck) zeichnen Sie wieder die Maxima ein und beschriften diese. In den Diagrammen, welche die Software erstellt, ist die Absorbanz etwas ungenau als Absorption bezeichnet; in Klammern steht noch OD für optical density (optische Dichte), was nur ein anderer Ausdruck für Absorbanz ist. Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit den in Tabelle 1 angegebenen Absorptionsmaxima für Neodym und Praseodym. Um welche Substanz handelt es sich? Ist es eine Mischung aus beiden? Vergewissern Sie sich, dass alle Spektren im Protokoll abgebildet und beschriftet sein müssen. Überlegen Sie sich, wie groß die Messunsicherheit der Wellenlängen sein könnte
20 2 Spektroskopische Bestimmung einer unbekannten Substanz Neodym λ (nm) Farbe 510 grün 522 grün 578 gelb 740 dunkelrot 799 infrarot 868 infrarot Praseodym λ (nm) Farbe 444 blau 468 türkisblau 481 türkis 590 gelborange Tabelle 1: Wellenlängen der Absorptionsmaxima von Neodym und Praseodym Vorbereitungsfragen 1. Was bedeutet Dispersion im Bereich der Wellenoptik? 2. Wenn ein Strahl monochromatischen Lichts auf ein optisch dichteres Medium trifft, so wird der gebrochene Strahl wie abgelenkt? 3. Wenn ein Strahl monochromatischen Lichts auf ein optisch dünneres Medium trifft, so wird der gebrochene Strahl wie abgelenkt? 4. Welches Licht wird am optisch dichteren Medium stärker gebrochen: rotes oder grünes? 5. Welches Licht wird am optisch dichteren Medium stärker gebrochen: blaues oder gelbes? 6. Was ist ein kontinuierliches Spektrum und wie/wodurch entsteht es? 7. Was ist ein diskontinuierliches bzw. diskretes Spektrum und wie/wodurch entsteht es?
21 2 Spektroskopische Bestimmung einer unbekannten Substanz 8. Skizzieren Sie den Strahlengang eines parallelen monochromatischen Lichtbündels durch ein Glasprisma: 9. Was ist ein Spektrometer und wie unterscheiden sich Gitter- und Prismenspektrometer? 10. Wie lautet das Lambert-Beer sche Gesetz und beschreiben Sie in eigenen Worten, was man damit beschreiben kann. 11. Erklären Sie die kurz die Bedeutung der folgenden Begriffe: Transmission, Reflexion und Absorption. 12. Wie berechnet man aus einer Transmissionsmessung T die Absorbanz A?
MP 4. Brechung, Dispersion, Spektroskopie Version vom 23. August 2016
Brechung, Dispersion, Spektroskopie Version vom 23. August 2016 Inhaltsverzeichnis 0 Grundlagen zu Brechung, Dispersion und Spektroskopie 5 0.1 Begriffe..................................... 5 0.2 Das Brechungsgesetz..............................
MehrPRISMEN - SPEKTRALAPPARAT
Grundpraktikum der Physik Versuch Nr. 20 PRISMEN - SPEKTRALAPPARAT Versuchsziel: Bestimmung der Winkeldispersionskurve und des Auflösungsvermögens von Prismen. brechende Kante Ablenkwinkel einfallendes
MehrPHY. Brechzahlbestimmung und Prismenspektroskop Versuch: 17. Brechzahlbestimmung und Prismenspektroskop
Testat Brechzahlbestimmung und Prismenspektroskop Versuch: 17 Mo Di Mi Do Fr Datum: Abgabe: Fachrichtung Sem. Brechzahlbestimmung und Prismenspektroskop 1. Aufgabenstellung 1.1. Für eine vorgegebene Wellenlänge
MehrPhysikalisches Praktikum 3
Datum: 0.10.04 Physikalisches Praktikum 3 Versuch: Betreuer: Goniometer und Prisma Dr. Enenkel Aufgaben: 1. Ein Goniometer ist zu justieren.. Der Brechungsindex n eines gegebenen Prismas ist für 4 markante
MehrDispersion von Prismen (O2)
Dispersion von Prismen (O) Ziel des Versuches Für drei Prismen aus verschiedenen Glassorten soll durch die Methode der Minimalablenkung die Dispersion, d. h. die Abhängigkeit der Brechungsindizes von der
Mehr5. Die gelbe Doppellinie der Na-Spektrallampe ist mit dem Gitter (1. und 2. Ordnung) zu messen und mit dem Prisma zu beobachten.
Universität Potsdam Institut für Physik und Astronomie Grundpraktikum O Gitter/Prisma Geräte, bei denen man von der spektralen Zerlegung des Lichts (durch Gitter bzw. Prismen) Gebrauch macht, heißen (Gitter-
MehrOW_01_02 Optik und Wellen GK/LK Beugung und Dispersion. Grundbegriffe der Strahlenoptik
OW_0_0 Optik und Wellen GK/LK Beugung und Dispersion Unterrichtliche Voraussetzungen: Grundbegriffe der Strahlenoptik Literaturangaben: Optik: Versuchsanleitung der Fa. Leybold; Hürth 986 Verfasser: Peter
MehrVersuche zur Dispersion
Versuche zur Dispersion. August 006 1 Grundlagen 1.1 Historische Angaben Das Brechungsgesetz wurde zuerst von WILLIBROD SNELL VAN ROYEN (SNELLIUS) 161 entdeckt und von RENE DESCARTES (CARTESIUS) 163 in
MehrPhysikalisches Praktikum
Physikalisches Praktikum MI2AB Prof. Ruckelshausen Versuch 3.2: Wellenlängenbestimmung mit dem Gitter- und Prismenspektrometer Inhaltsverzeichnis 1. Theorie Seite 1 2. Versuchsdurchführung Seite 2 2.1
MehrLichtbrechung / Lichtbeugung
Lichtbrechung / Lichtbeugung 1. Aufgaben 1. Über die Beugung an einem Gitter sind die Wellenlängen ausgewählter Spektrallinien von Quecksilberdampf zu bestimmen. 2. Für ein Prisma ist die Dispersionskurve
MehrUNIVERSITÄT BIELEFELD
UNIVERSITÄT BIELEFELD Optik Brechungszahl eines Prismas Durchgeführt am 17.05.06 Dozent: Praktikanten (Gruppe 1): Dr. Udo Werner Marcus Boettiger Daniel Fetting Marius Schirmer II Inhaltsverzeichnis 1
MehrVersuch 33 Prismenspektrometer
Versuch 33 Prismenspektrometer II Literatur W. Walcher, Praktikum der Physik, B.G.Teubner Stuttgart, Standardwerke der Physik: Gerthsen, Bergmann-Schäfer, Tipler. Justierschraube für Spaltbreite Kollimator
MehrD05 Emissionsspektren
D05 Emissionsspektren Ziele In diesem Versuch werden Sie verschiedene Lichtquellen mit einem Prismenspektrometer untersuchen. Wie sehen die Spektren von Glühlampe, Neonröhre, Leuchtdiode oder Laserpointer
MehrWeißes Licht wird farbig
B1 Experiment Weißes Licht wird farbig Das Licht, dass die Sonne oder eine Glühlampe aussendet, bezeichnet man als weißes Licht. Lässt man es auf ein Glasprisma fallen, so entstehen auf einem Schirm hinter
MehrPrismenspektrometer (DL)
Prismenspektrometer (DL) 1. Aufgabenstellung 1. Man führe mindestens 3 Goniometermessungen zur Bestimmung des brechenden Winkels ε eines vorgegebenen Glasprismas aus! Wie groß ist ε? Wie groß sind hierbei
MehrBrechung des Lichts Arbeitsblatt
Brechung des Lichts Arbeitsblatt Bei den dargestellten Strahlenverläufen sind einige so nicht möglich. Zur Erklärung kannst du deine Kenntnisse über Brechung sowie über optisch dichtere bzw. optisch dünnere
MehrPhysikalisches Grundpraktikum Technische Universität Chemnitz
Physikalisches Grundpraktikum Technische Universität Chemnitz Protokoll «A3 - Atomspektren - BALMER-Serie» Martin Wolf Betreuer: DP Emmrich Mitarbeiter: Martin Helfrich
Mehr4 Brechung und Totalreflexion
4 Brechung und Totalreflexion 4.1 Lichtbrechung Experiment: Brechung mit halbkreisförmigem Glaskörper Experiment: Brechung mit halbkreisförmigem Glaskörper (detailliertere Auswertung) 37 Lichtstrahlen
MehrPhysik 3 exp. Teil. 30. Optische Reflexion, Brechung und Polarisation
Physik 3 exp. Teil. 30. Optische Reflexion, Brechung und Polarisation Es gibt zwei Möglichkeiten, ein Objekt zu sehen: (1) Wir sehen das vom Objekt emittierte Licht direkt (eine Glühlampe, eine Flamme,
MehrPhysikalisches Praktikum I
Fachbereich Physik Physikalisches Praktikum I Name: Brechungsindexbestimmung mit dem Prismen- Spektralapparat Matrikelnummer: Fachrichtung: Mitarbeiter/in: Assistent/in: Versuchsdatum: Gruppennummer: Endtestat:
MehrPhysikalisches Praktikum
Physikalisches Praktikum Versuch 4: Prismenspektralapparat UNIVERSITÄT DER BUNDESWEHR MÜNCHEN Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Physik Oktober 05 Versuch 4 Prismenspektralapparat
Mehr3 Brechung und Totalreflexion
3 Brechung und Totalreflexion 3.1 Lichtbrechung Lichtstrahlen am Übergang von Luft zu Wasser In der Luft breitet sich ein Lichtstrahl geradlinig aus. Trifft der Lichtstrahl nun auf eine Wasseroberfläche,
MehrPhysikalisches Praktikum Prof. Dr. Peterseim / Dipl.-Ing. M. Gilbert
Physikalisches Praktikum Prof. Dr. Peterseim / Dipl.-Ing. M. Gilbert.08.008 Monochromatische Lichtquellen - Prismenspektrometer Versuch Nr. O 03 (Pr_EX_O03_Prismenspektrometer) Praktikum: FB 0 Plätze:
MehrLösung zum Parabolspiegel
Lösung zum Parabolspiegel y s 1 s 2 Offensichtlich muss s = s 1 + s 2 unabhängig vom Achsenabstand y bzw. über die Parabelgleichung auch unabhängig von x sein. f F x s = s 1 + s 2 = f x + y 2 + (f x) 2
MehrPhysikalisches Praktikum I
Fachbereich Physik Physikalisches Praktikum I O20 Name: Brechungsindexbestimmung mit dem Prismenspektrometer Matrikelnummer: Fachrichtung: Mitarbeiter/in: Assistent/in: Versuchsdatum: Gruppennummer: Endtestat:
MehrO 6 Prismenspektrometer
Physikalisches Grundpraktikum, Fakultät für Physik und Geowissenschaften, Universität Leipzig O 6 Prismenspektrometer Aufgaben 1 Ermitteln Sie den brechenden Winkel ε eines Prismas! 2 Messen Sie die Dispersionskurve
MehrNG Brechzahl von Glas
NG Brechzahl von Glas Blockpraktikum Frühjahr 2007 25. April 2007 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 2 2 Theoretische Grundlagen 2 2.1 Geometrische Optik und Wellenoptik.......... 2 2.2 Linear polarisiertes
MehrLösung: a) b = 3, 08 m c) nein
Phy GK13 Physik, BGL Aufgabe 1, Gitter 1 Senkrecht auf ein optisches Strichgitter mit 100 äquidistanten Spalten je 1 cm Gitterbreite fällt grünes monochromatisches Licht der Wellenlänge λ = 544 nm. Unter
MehrSPEKTRALANALYSE. entwickelt um 1860 von: GUSTAV ROBERT KIRCHHOFF ( ; dt. Physiker) + ROBERT WILHELM BUNSEN ( ; dt.
SPEKTRALANALYSE = Gruppe von Untersuchungsmethoden, bei denen das Energiespektrum einer Probe untersucht wird. Man kann daraus schließen, welche Stoffe am Zustandekommen des Spektrums beteiligt waren.
MehrPS4. Grundlagen-Vertiefung Version vom 2. März 2012
PS4 Grundlagen-Vertiefung Version vom 2. März 2012 Inhaltsverzeichnis 1 Vertiefende Grundlagen zu Auösungsvermögen eines Gitters. 2 3 2.1 Entstehung optischer Spektren......................... 3 2.2 Einteilung
MehrOptik Licht als elektromagnetische Welle
Optik Licht als elektromagnetische Welle k kx kx ky 0 k z 0 k x r k k y k r k z r y Die Welle ist monochromatisch. Die Wellenfronten (Punkte gleicher Wellenphase) stehen senkrecht auf dem Wellenvektor
MehrI GEOMETRISCHE OPTIK. Physik PHB3/4 (Schwingungen, Wellen, Optik) 1 Grundlagen und Grundbegriffe
0_GeomOptikEinf1_BA.doc - 1/8 I GEOMETRISCHE OPTIK 1 Grundlagen und Grundbegriffe Optik ist die Lehre von der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen (üblicherweise beschränkt auf den sichtbaren Bereich)
MehrWechselwirkung zwischen Licht und chemischen Verbindungen
Photometer Zielbegriffe Photometrie. Gesetz v. Lambert-Beer, Metallkomplexe, Elektronenanregung, Flammenfärbung, Farbe Erläuterungen Die beiden Versuche des 4. Praktikumstages sollen Sie mit der Photometrie
Mehr1.1 Auflösungsvermögen von Spektralapparaten
Physikalisches Praktikum für Anfänger - Teil 1 Gruppe 1 - Optik 1.1 Auflösungsvermögen von Spektralapparaten Sitchwörter: Geometrische Optik, Wellenoptik, Auflösungsvermögen, Rayleigh Kriterium, Spektrograph,
MehrÜbungen zu Physik 1 für Maschinenwesen
Physikdepartment E13 WS 2011/12 Übungen zu Physik 1 für Maschinenwesen Prof. Dr. Peter Müller-Buschbaum, Dr. Eva M. Herzig, Dr. Volker Körstgens, David Magerl, Markus Schindler, Moritz v. Sivers Vorlesung
Mehr18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik. Spektrum elektromagnetischer Wellen Licht. EPI WS 2006/7 Dünnweber/Faessler
Spektrum elektromagnetischer Wellen Licht Ausbreitung von Licht Verschiedene Beschreibungen je nach Größe des leuchtenden (oder beleuchteten) Objekts relativ zur Wellenlänge a) Geometrische Optik: Querdimension
MehrPhysikalisches Praktikum Bachelor Chemieingenieurwesen, Wirtschaftsingenieurwesen Chemietechnik MSc. M. Gilbert
Physikalisches Praktikum Bachelor Chemieingenieurwesen, Wirtschaftsingenieurwesen Chemietechnik MSc. M. Gilbert O03 Optik: Prismenspektrometer (Pr_EX_O03_Prismenspektrometer_6, 30.8.009). Name Matr. Nr.
MehrPhysik für Maschinenbau. Prof. Dr. Stefan Schael RWTH Aachen
Physik für Maschinenbau Prof. Dr. Stefan Schael RWTH Aachen Vorlesung 11 Brechung b α a 1 d 1 x α b x β d 2 a 2 β Totalreflexion Glasfaserkabel sin 1 n 2 sin 2 n 1 c arcsin n 2 n 1 1.0 arcsin
MehrWellenlängenmessung mit einem Gitter (O4)
Wellenlängenmessung mit einem (O4) Ziel des Versuches Die Wellenlängen der intensivsten Linien des Hg-Spektrums und der sichtbaren Linien des H-Spektrums sollen mit einem spektrometer bestimmt werden.
MehrFortgeschrittenenpraktikum: Ausarbeitung - Versuch 14 Optische Absorption Durchgeführt am 13. Juni 2002
Fortgeschrittenenpraktikum: Ausarbeitung - Versuch 14 Optische Absorption Durchgeführt am 13. Juni 2002 30. Juli 2002 Gruppe 17 Christoph Moder 2234849 Michael Wack 2234088 Sebastian Mühlbauer 2218723
MehrVorkurs Physik des MINT-Kollegs
Vorkurs Physik des MINT-Kollegs Optik MINT-Kolleg Baden-Württemberg 1 KIT 03.09.2013 Universität desdr. Landes Gunther Baden-Württemberg Weyreter - Vorkurs und Physik nationales Forschungszentrum in der
Mehr9. GV: Atom- und Molekülspektren
Physik Praktikum I: WS 2005/06 Protokoll zum Praktikum Dienstag, 25.10.05 9. GV: Atom- und Molekülspektren Protokollanten Jörg Mönnich Anton Friesen - Veranstalter Andreas Branding - 1 - Theorie Während
Mehr1. Die Abbildung zeigt den Strahlenverlauf eines einfarbigen
Klausur Klasse 2 Licht als Wellen (Teil ) 2.2.204 (90 min) Name:... Hilfsmittel: alles veroten. Die Aildung zeigt den Strahlenverlauf eines einfarigen Lichtstrahls durch eine Glasplatte, ei dem Reflexion
MehrMusterprüfung Welche Winkel werden beim Reflexions- und Brechungsgesetz verwendet?
1 Musterprüfung Module: Linsen Optische Geräte 1. Teil: Linsen 1.1. Was besagt das Reflexionsgesetz? 1.2. Welche Winkel werden beim Reflexions- und Brechungsgesetz verwendet? 1.3. Eine Fläche bei einer
MehrPraktikum Physik. Protokoll zum Versuch: Beugung. Durchgeführt am Gruppe X. Name 1 und Name 2
Praktikum Physik Protokoll zum Versuch: Beugung Durchgeführt am 01.12.2011 Gruppe X Name 1 und Name 2 (abc.xyz@uni-ulm.de) (abc.xyz@uni-ulm.de) Betreuer: Wir bestätigen hiermit, dass wir das Protokoll
MehrPhysik für Mediziner im 1. Fachsemester
Physik für Mediziner im 1. Fachsemester #21 30/11/2010 Vladimir Dyakonov dyakonov@physik.uni-wuerzburg.de Brechungsgesetz Das Fermat sches Prinzip: Das Licht nimmt den Weg auf dem es die geringste Zeit
MehrTheoretische Grundlagen
Theoretische Grundlagen Brechung Die Brechung von Licht an der Grenzfläche zweier Medien ist Phänomen mit vielfältigen Anwendungen innerhalb der Optik, welche von der Konstruktion von Linsen bis zur Spektroskopie
MehrSpektroskopie. Einleitung
Spektroskopie Einleitung Schon der Name Quantenphysik drückt aus, dass auf der Ebene der kleinsten physikalischen Objekte (z.b. Atome, Protonen, Neutronen oder Elektronen), bestimmte physikalische Gröÿen
MehrKlausurtermin: Anmeldung: 2. Chance: voraussichtlich Klausur am
Klausurtermin: 13.02.2003 Anmeldung: www.physik.unigiessen.de/dueren/ 2. Chance: voraussichtlich Klausur am 7.4.2003 Optik: Physik des Lichtes 1. Geometrische Optik: geradlinige Ausbreitung, Reflexion,
MehrGitter. Schriftliche VORbereitung:
D06a In diesem Versuch untersuchen Sie die physikalischen Eigenschaften eines optischen s. Zu diesen za hlen insbesondere die konstante und das Auflo sungsvermo gen. Schriftliche VORbereitung: Wie entsteht
MehrPrismenspektrometer. Physik-Labor INHALT
Physik-Labor Prismenspektrometer INHALT - Einführung - Versuchsaufbau - Aufgabenstellung 1. Kalibrierung des Prismenspektrometers 2. Bestimmung von Wellenlängen 3. Bestimmen des Brechungsindex 4. Bestimmung
MehrProtokoll zum Physikalischen Praktikum Versuch 7 - Justierung einer Goniometers Versuch 8 - Prisma
Protokoll zum Physikalischen Praktikum Versuch 7 - Justierung einer Goniometers Versuch 8 - Prisma Experimentator: Sebastian Knitter Betreuer: Dr Enenkel Rostock, den 3.11.004 Inhaltsverzeichnis 1 Ziel
MehrKontrollaufgaben zur Optik
Kontrollaufgaben zur Optik 1. Wie schnell bewegt sich Licht im Vakuum? 2. Warum hat die Lichtgeschwindigkeit gemäss moderner Physik eine spezielle Bedeutung? 3. Wie nennt man die elektromagnetische Strahlung,
MehrÜbungen zur Experimentalphysik 3
Übungen zur Experimentalphysik 3 Prof. Dr. L. Oberauer Wintersemester 2010/2011 5. Übungsblatt - 22.November 2010 Musterlösung Franziska Konitzer (franziska.konitzer@tum.de) Aufgabe 1 ( ) (8 Punkte) Ein
MehrDemonstrationsexperimente WS 2005/06. Brechung und Totalreflexion
Demonstrationsexperimente WS 2005/06 Brechung und Totalreflexion Susanne Hoika 28. Oktober 2005 1 Versuchsbeschreibung 1.1 Versuchsaufbau Auf einem Dreifuß wird eine Stativstange montiert und darauf eine
MehrExamensaufgaben - STRAHLENOPTIK
Examensaufgaben - STRAHLENOPTIK Aufgabe 1 Ein Prisma mit einem brechenden Winkel von 60 hat eine Brechzahl n=1,5. Berechne den kleinsten Einfallswinkel, für welchen noch ein Strahl auf der anderen Seite
MehrSeminar: Photometrie
Seminar: Photometrie G. Reibnegger und W. Windischhofer (Teil II zum Thema Hauptgruppenelemente) Ziel des Seminars: Theoretische Basis der Photometrie Lambert-Beer sches Gesetz Rechenbeispiele Literatur:
Mehr21.Vorlesung. IV Optik. 23. Geometrische Optik Brechung und Totalreflexion Dispersion 24. Farbe 25. Optische Instrumente
2.Vorlesung IV Optik 23. Geometrische Optik Brechung und Totalreflexion Dispersion 24. Farbe 25. Optische Instrumente Versuche Lochkamera Brechung, Reflexion, Totalreflexion Lichtleiter Dispersion (Prisma)
MehrWeißes Licht wird farbig
B1 Weißes Licht wird farbig Das Licht, dass die Sonne oder eine Halogenlampe aussendet, bezeichnet man als weißes Licht. Lässt man es auf ein Prisma fallen, so entstehen auf einem Schirm hinter dem Prisma
Mehr406 Gitter- und Prismenspektrometer
406 Gitter- und Prismenspektrometer 1. Aufgaben 1.1 Nehmen Sie ein Quecksilber-Spektrum auf, und berechnen Sie die Wellenlängen der stärksten Spektrallinien! 1.2 Bestimmen Sie die Brechzahlen eines Glasprismas
MehrDie Natriumlinie. und Absorption, Emission, Dispersion, Spektren, Resonanz Fluoreszenz, Lumineszenz
Die Natriumlinie und Absorption, Emission, Dispersion, Spektren, Resonanz Fluoreszenz, Lumineszenz Absorption & Emissionsarten Absorption (Aufnahme von Energie) Atome absorbieren Energien, z.b. Wellenlängen,
MehrDie Lichtbrechung am gleichseitigen Prisma bei Totalreflexion an der zweiten Grenzfläche (Verfasser: Prof. Dr. Klaus Dräger)
Die Lichtbrechung am gleichseitigen Prisma bei Totalreflexion an der zweiten Grenzfläche (Verfasser: Prof. Dr. Klaus Dräger) Roger Bacon : de multiplicatone specierum Klassenstufe Oberthemen Unterthemen
MehrVersuch 52 a. Brechungsindex Minimalablenkung durch ein Prisma
Physikalisches Praktikum für Anfänger Versuch 52 a Brechungsindex Minimalablenkung durch ein Prisma Aufgabe Messung des Winkels der brechenden Kante eines Glasprismas Messung der Dispersionskurve eines
MehrThema: Spektroskopische Untersuchung von Strahlung mit Gittern
Thema: Spektroskopische Untersuchung von Strahlung mit Gittern Gegenstand der Aufgaben ist die spektroskopische Untersuchung von sichtbarem Licht, Mikrowellenund Röntgenstrahlung mithilfe geeigneter Gitter.
MehrPhysikalisches Praktikum 5. Semester
Torsten Leddig 03.November 2005 Mathias Arbeiter Betreuer: Dr. Ziems Physikalisches Praktikum 5. Semester - Spektrograph - 1 Inhaltsverzeichnis 1 Vorbetrachtung 3 1.1 Prisma...............................................
MehrIO2. Modul Optik. Refraktion und Reflexion
IO2 Modul Optik Refraktion und Reflexion In der geometrischen Optik sind die Phänomene der Reflexion sowie der Refraktion (Brechung) von enormer Bedeutung. Beide haben auch vielfältige technische Anwendungen.
MehrOptische Spektrokopie
Optische Spektrokopie Christopher Bronner, Frank Essenberger Freie Universität Berlin 9. Oktober 2006 Inhaltsverzeichnis 1 Physikalische Grundlagen 1 1.1 Gesetz von Snellius.......................... 1
Mehr1. Schulaufgabe Physik am Klasse 7a; Name
1. Schulaufgabe Physik am _ Klasse 7a; Name _ 1. Welche Aussagen sind wahr (w) oder falsch (f)? Eine zutreffende Antwort bringt 1 Punkt, eine fehlende 0 Punkte und eine falsche -1 Punkt. a) Wir sehen Gegenstände,
MehrProtokoll. optische Spektroskopie. zum Modul: Physikalisches Grundpraktikum 2. bei. Prof. Dr. Heyne Sebastian Baum
Protokoll optische Spektroskopie zum Modul: Physikalisches Grundpraktikum 2 bei Prof. Dr. Heyne Sebastian Baum am Fachbereich Physik Freien Universität Berlin Ludwig Schuster und Florian Conrad (Gruppe
MehrFerienkurs Experimentalphysik 3 - Übungsaufgaben Geometrische Optik
Ferienkurs Experimentalphysik 3 - Übungsaufgaben Geometrische Optik Matthias Brasse, Max v. Vopelius 24.02.2009 Aufgabe 1: Zeigen Sie mit Hilfe des Fermatschen Prinzips, dass aus der Minimierung des optischen
Mehr(21. Vorlesung: III) Elektrizität und Magnetismus 21. Wechselstrom 22. Elektromagnetische Wellen )
. Vorlesung EP (. Vorlesung: III) Elektrizität und Magnetismus. Wechselstrom. Elektromagnetische Wellen ) IV) Optik = Lehre vom Licht. Licht = sichtbare elektromagnetische Wellen 3. Geometrische Optik
MehrZentralabitur 2011 Physik Schülermaterial Aufgabe I ga Bearbeitungszeit: 220 min
Thema: Eigenschaften von Licht Gegenstand der Aufgabe 1 ist die Untersuchung von Licht nach Durchlaufen von Luft bzw. Wasser mit Hilfe eines optischen Gitters. Während in der Aufgabe 2 der äußere lichtelektrische
MehrWissenswertes zum Einsatz von Lichtleitern
Wissenswertes zum Einsatz von Lichtleitern Dr. Jörg-Peter Conzen Vice President NIR & Process Bruker Anwendertreffen, Ettlingen den 13.11.2013 Innovation with Integrity Definition: Brechung Brechung oder
MehrVorlesung 7: Geometrische Optik
Vorlesung 7: Geometrische Optik, Folien/Material zur Vorlesung auf: www.desy.de/~steinbru/physikzahnmed 1 Geometrische Optik Beschäftigt sich mit dem Verhalten von Lichtstrahlen (= ideal schmales Lichtbündel)
MehrO3/O4 Prismen- und Gitterspektrometer
Physikalische Grundlagen Grundbegriffe Brechung am Prisma Dispersion Fresnel-Huygenssches-Prinzip Beugung am Gitter Spektrometer Kohärenz Auflösungsvermögen dienen der Wellenlängenmessung im sichtbaren
MehrOptik. Was ist ein Modell? Strahlenoptik. Modelle in der Physik. Modell Lichtstrahl. Modell Lichtstrahl
Modelle in der Physik Optik Strahlenoptik vereinfachte Darstellungen der Wirklichkeit dienen der besseren Veranschaulichung Wesentliches wird hervorgehoben Unwesentliches wird vernachlässigt Was ist ein
Mehr2 Einführung in Licht und Farbe
2.1 Lernziele 1. Sie wissen, dass Farbe im Gehirn erzeugt wird. 2. Sie sind mit den drei Prinzipien vertraut, die einen Gegenstand farbig machen können. 3. Sie kennen den Zusammenhang zwischen Farbe und
MehrOptische Spektroskopie
O10 Optische Spektroskopie Zwei gebräuchliche Elemente, mit denen man optische Spektren erzeugen kann, sind das Prisma und das Beugungsgitter. Um einfache spektroskopische Messungen durchzuführen, werden
MehrPhysik 2 (GPh2) am
Name: Matrikelnummer: Studienfach: Physik 2 (GPh2) am 17.09.2013 Fachbereich Elektrotechnik und Informatik, Fachbereich Mechatronik und Maschinenbau Zugelassene Hilfsmittel zu dieser Klausur: Beiblätter
Mehr1.1 Auflösungsvermögen von Spektralapparaten
Physikalisches Praktikum für Anfänger - Teil Gruppe Optik. Auflösungsvermögen von Spektralapparaten Einleitung - Motivation Die Untersuchung der Lichtemission bzw. Lichtabsorption von Molekülen und Atomen
MehrGeometrische Optik Brechungs- und Reflexionsgesetz
Geometrische Optik Brechungs- und Reflexionsgesetz 1) In einem Gefäß mit Wasser (n = 4/3) befindet sich unter der Wasseroberfläche ein ebener, unter 45 o geneigter Spiegel. Unter welchem Winkel muß ein
MehrAufgabe I. 1.1 Betrachten Sie die Bewegung des Federpendels vor dem Eindringen des Geschosses.
Schriftliche Abiturprüfung 2005 Seite 1 Hinweise: Zugelassene Hilfsmittel: Taschenrechner Die Aufgaben umfassen 5 Seiten. Die Zahlenwerte benötigter Konstanten sind nach der Aufgabe III zusammengefasst.
MehrLängenbeziehungen bei der Lochkamera
Längenbeziehungen bei der Lochkamera (Lochkameras wurden früher von Malern für Landschaftsbilder benutzt.) Zusammenfassung: Strahlensätze Alle bisherigen Experimente lassen sich mathematisch mit einem
MehrAbiturprüfung Physik, Leistungskurs
Seite 1 von 8 Abiturprüfung 2010 Physik, Leistungskurs Aufgabenstellung: Aufgabe: Energieniveaus im Quecksilberatom Das Bohr sche Atommodell war für die Entwicklung der Vorstellung über Atome von großer
MehrGeometrische Optik Reflexion. Prof. Dr. Taoufik Nouri
Geometrische Optik Reflexion Prof. Dr. Taoufik Nouri Nouri@acm.org Unter Reflexion (lat. reflectere: zurückbeugen, drehen) wird in der Physik das vollständige oder teilweise Zurückwerfen von Wellen (elektromagnetischen
MehrProfilkurs Physik ÜA 08 Test D F Ks b) Welche Beugungsobjekte führen zu folgenden Bildern? Mit Begründung!
Profilkurs Physik ÜA 08 Test D F Ks. 2011 1 Test D Gitter a) Vor eine Natriumdampflampe (Wellenlänge 590 nm) wird ein optisches Gitter gehalten. Erkläre kurz, warum man auf einem 3,5 m vom Gitter entfernten
MehrPraktikum GI Gitterspektren
Praktikum GI Gitterspektren Florian Jessen, Hanno Rein betreut durch Christoph von Cube 9. Januar 2004 Vorwort Oft lassen sich optische Effekte mit der geometrischen Optik beschreiben. Dringt man allerdings
MehrTutorium Physik 2. Optik
1 Tutorium Physik 2. Optik SS 16 2.Semester BSc. Oec. und BSc. CH 2 Themen 7. Fluide 8. Rotation 9. Schwingungen 10. Elektrizität 11. Optik 12. Radioaktivität 3 11. OPTIK - REFLEXION 11.1 Einführung Optik:
Mehr22 Optische Spektroskopie; elektromagnetisches Spektrum
22 Optische Spektroskopie; elektromagnetisches Spektrum Messung der Wellenlänge von Licht mithilfedes optischen Gitters Versuch: Um das Spektrum einer Lichtquelle, hier einer Kohlenbogenlampe, aufzunehmen
MehrUNIVERSITÄT BIELEFELD
UNIVERSITÄT BIELEFELD 6. Atom- und Molekülphysik 6.7 - Photoeffekt Durchgeführt am 29.11.06 Dozent: Praktikanten (Gruppe 1): Dr. Udo Werner Marcus Boettiger Sarah Dirk Marius Schirmer marius.schirmer@gmx.de
MehrGymnasium / Realschule. Atomphysik 2. Klasse / G8. Aufnahme und Abgabe von Energie (Licht)
Aufnahme und Abgabe von Energie (Licht) 1. Was versteht man unter einem Elektronenvolt (ev)? 2. Welche physikalische Größe wird in Elektronenvolt gemessen? Definiere diese Größe und gib weitere Einheiten
MehrAbiturprüfung Physik, Grundkurs
Seite 1 von 6 Abiturprüfung 2010 Physik, Grundkurs Aufgabenstellung: Aufgabe: Energieniveaus im Quecksilberatom Das Bohr sche Atommodell war für die Entwicklung der Vorstellung über Atome von großer Bedeutung.
MehrExperimente Lehrerinformation
Lehrerinformation 1/9 Arbeitsauftrag Durchführung der gem. Anleitung Ziel Erleben der Theorie in der Praxis Material en Material gemäss Beschreibung der. Sozialform Plenum und je nach Experiment in GA
MehrPeriodensystem, elektromagnetische Spektren, Atombau, Orbitale
Periodensystem, elektromagnetische Spektren, Atombau, Orbitale Als Mendelejew sein Periodensystem aufstellte waren die Edelgase sowie einige andere Elemente noch nicht entdeck (gelb unterlegt). Trotzdem
Mehr2. Klassenarbeit Thema: Optik
2. Klassenarbeit Thema: Optik Physik 9d Name: e-mail: 0. Für saubere und übersichtliche Darstellung, klar ersichtliche Rechenwege, Antworten in ganzen Sätzen und Zeichnungen mit spitzem Bleistift erhältst
MehrEntstehung des Lichtes und Emissionsspektroskopie
Entstehung des Lichtes und Emissionsspektroskopie Entstehung des Lichtes Abb. 1 Entstehung des Lichtes Durch Energiezufuhr von Aussen (z.b. Erhitzen) kann die Lage der Elektronen in einem Atom verändert,
MehrBeugung am Spalt und Gitter
Demonstrationspraktikum für Lehramtskandidaten Versuch O1 Beugung am Spalt und Gitter Sommersemester 2006 Name: Daniel Scholz Mitarbeiter: Steffen Ravekes EMail: daniel@mehr-davon.de Gruppe: 4 Durchgeführt
MehrZentralabitur 2012 Physik Schülermaterial Aufgabe I ga Bearbeitungszeit: 220 min
Thema: Wellen und Quanten Interferenzphänomene werden an unterschiedlichen Strukturen untersucht. In Aufgabe 1 wird zuerst der Spurabstand einer CD bestimmt. Thema der Aufgabe 2 ist eine Strukturuntersuchung
MehrFortgeschrittenenpraktikum für Lehramt Spektrometer. KIT - Karlsruher Institut für Technologie
Fortgeschrittenenpraktikum für Lehramt Spektrometer KIT - Karlsruher Institut für Technologie 1 Wichtige Hinweise: ˆ Die Gitter sind hochempndlich. Bitte niemals direkt ins Gitter fassen! ˆ Selbiges gilt
Mehr