HS D. Hochschule Düsseldorf Fachbereich EI. Physikalisches Praktikum. V 503 : Spektrometer

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1 Gruppe : Name, Matrikel Nr.: HS D Hochschule Düsseldorf Versuchstag: Vorgelegt: Testat : V 503 : Spektrometer Zusammefassug: Versuch: Spektrometer Seite 1 vo 10

2 Gruppe : HS D Korrigiert am: Hochschule Düsseldorf 1. Korrektur. Korrektur 3. Korrektur Versuch: Spektrometer Seite vo 10

3 Literatur Walcher; Praktikum der Physik Kapitel 4.3 Spektrometer 4.7 Beugug Vorausgesetzte Ketisse Gitter Gitterkostate Beugug am Gitter Beugugsbild -ter Ordug Prisma Brechug Dispersio Miimalablekugswikel Goiometer Aufgabe Mit eiem Gitterspektrometer sid die Welleläge der Spektralliie eier Lichtquelle zu vermesse. Vo eiem Prisma ist mit Hilfe eies bekate Spektrums die Wellelägeabhägigkeit des Brechugsidex zu bestimme. Grudlage Gitterspektrometer Abbildug 1: Gaguterschied bei eiem Gitter Versuch: Spektrometer Seite 3 vo 10

4 Ei Gitter besteht aus eier große Zahl vo Spalte i äquidistate Abstäde b. Trifft ei Parallelstrahlbüdel moochromatische Lichtes auf ei Gitter mit der Gitterkostate b auf, so ist gemäß Abb. 1 der Gaguterschied beachbarter, uter dem gleiche Wikel gebeugter Strahle b si Die Iterferez dieser Strahle führt für die Beugugswikel zu eier Verstärkug, für die gilt: si b Dabei wird die gaze Zahl 0,1,, 3, als Ordug der Iterferez bezeichet. Für alle adere Wikel führt die Iterferez bei eier große Zahl vo Gitterstriche praktisch zu eier Auslöschug. Abbildug : Aufbau eies Gitterspektrometers Die Ablekwikel werde mit eiem Gitterspektrometer gemesse. De Strahlegag im Spektrometer zeigt Abb.. Mit der zu utersuchede Lichtquelle wird der (sekrecht zur Zeicheebee stehede) Spalt S ausgeleuchtet. Der Spalt S steht i der Breebee eier Kollimatorlise L 1, somit verlasse die vom Spalt diverget ausgehede Strahle die Kollimatorlise i der Zeicheebee als Parallelbüdel. Hiter dem Gitter G werde die i Richtug eies Itesitätsmaximums gebeugte parallele Strahle i der Breebee der Lise L zu eiem optische Bild des Spaltes eier Spektralliie vereiigt. Der Ablekugswikel für ei Iterferezmaximum hägt sowohl vo der Welleläge als auch der Ordug der Iterferez ab. Ei auf das Gitter falledes Parallelbüdel mit verschiedee Farbateile, d.h. verschiedee Welleläge, wird ierhalb eier Ordug i verschiedee, gegeeiader geeigte Parallelbüdel aufgespalte. Jedes der Parallelbüdel wird i eiem Pukt der Breebee vereiigt. Die Ge Versuch: Spektrometer Seite 4 vo 10

5 samtheit der etstehede Spektralliie bildet das Spektrum. Beim Spektrometer ist die Lise L das Objektiv eies Ferrohres. Die i der Breebee des Objektivs etstehede Spektralliie köe mit dem Okular des Ferrohres subjektiv beobachtet werde. Das Ferrohr ist um das Gitter drehbar. Es wird so justiert, daß sich jeweils eie Spektralliie geau im Fadekreuz des Okulars befidet; der zugehörige Ablekugswikel ka auf eier Wikelskala abgelese werde. Grudlage Prismespektrometer Ei Prismespektrometer etspricht im mechaisch-optische Aufbau Abb., zur Zerlegug des Lichtes wird dabei astelle des Gitters ei Prisma verwedet. Ei auf das Prisma falledes Parallelbüdel mit verschiedee Farbateile wird, da der Ablekugswikel beim Prisma vom Brechugsidex ud damit vo der Welleläge des Lichtes abhägt, i verschiedee, gegeeiader geeigte Parallelbüdel aufgespalte. Ei wesetlicher Vorteil der spektrale Zerlegug mit eiem Prisma ist die eideutige Zuordug vo Ablekugswikel ud Welleläge, die beim Gitter wege der Überlagerug verschiedeer Orduge ur für Teilbereiche gegebe ist. Nachteilig beim Prisma ist, dass der Zusammehag zwische Ablekugswikel ud Welleläge icht liear ist ud icht elemetar berechet werde ka; dies erfordert eie Kalibrierug mit eiem bekate Spektrum. Abbildug 3 Brechug ud Gesamtablekug ( ) eies moochromatische Parallelbüdels im Hauptschitt eies Prismas Parallelbüdel, die de Hauptschitt (= Zeicheebee) vo obe ach ute durchstoße, werde umso stärker abgelekt, je größer der Wikel des Büdels gege de Hauptschitt ist Versuch: Spektrometer Seite 5 vo 10

6 Für ei gegebees Prisma immt der Ablekwikel als Fuktio des Eifallswikels 1 da ei Miimum a ( ), we das Prisma symmetrisch vom Licht durchsetzt wird, d.h. we das Büdel sekrecht durch diejeige Ebee tritt, die de brechede Wikel halbiert. I diesem Miimum der Ablekug gelte die Beziehuge: 1 1 p Luft si si si si Messuge a Prisme sollte ma immer i diesem Spezialfall durchführe, weil da der zu messede Ablekwikel ur weig vom Eifallswikel 1 abhägt ud weil das spektrale Auflösugsvermöge beim symmetrische Durchgag maximal wird Versuch: Spektrometer Seite 6 vo 10

7 Versuchsaufbau Abbildug 4 Aufbau des Spektrometers 1) Ferrohr ) Eistellschraube für Schärfe 3) Verschiebbares Okular 4) Spaltrohr 5) Mikrometerschraube zur Spaltverbreiterug 6) Verstellbarer Spalt 7) Verstellbare Spaltbegrezug (Höhe) 8) Tisch für Gitter oder Prisma 9) Ableselupe 10) Noius 11) Feststellschraube für Ferrohr 1) Feieistellug für Ferrohrdrehug 13) Halter mit Gitter 14) Halter mit Prisma Prisma ud Gitter sehr sorgfältig behadel ud icht mit bloße Häde afasse. Das Spektrometer wurde vor dem Versuch justiert. Das Verstelle vo obe icht aufgeführte Schraube ka zur Dejustage des Gerätes ud zur erhebliche Verlägerug der Versuchsdauer führe! Versuch: Spektrometer Seite 7 vo 10

8 Wikelmessug Zur Wikelmessug sid Fer- ud Spaltrohr mit dem Tisch für Gitter oder Prisma ud eier i halbe Wikelgrade geteilte Skalescheibe, dem Teilkreis, zu eiem Goiometer vereit. Mit dem Ferrohr starr verbude, ud mit ihm daher um die Achse drehbar ist der Kreisoius. Die geaue Wikelablesug erfordert ämlich eie Iterpolatio auf dem Teilkreis. Abbildug 5 Kreisoius ( Abgeleseer Wert 5 9 ) Der Wikel ist zwische 9 Teilstriche des Teilkreises i 30 Teile auf dem Noius geteilt. Ergibt sich, daß der -te Teilstrich des Noius mit eiem beliebige Teilstrich des Teilkreises zusammefällt, so ist der Noiusullpukt um -Wikelute gegeüber der Hauptteilug des Teilkreises verschobe. I Abbildug 5 z.b. 9 Striche, was 9 Wikelute etspricht. Ma liest de Wikel eischließlich halber Wikelgrade a dem letzte vor dem Noiusullpukt liegede Teilkreisskaleteil ab ud addiert so viele Wikelute dazu, wie ma aus de Noiusteilstriche ersieht. I der Abbildug 5 sid das 5 ud 9 Wikelute Versuch: Spektrometer Seite 8 vo 10

9 Durchführug Gitterspektrometer Richte Sie das Ferrohr auf de Spalt ud stelle Sie diese scharf ei. Stelle Sie de Halter mit dem Gitter auf de Tisch (8). Richte Sie das Gitter zum Spalt aus. Die Reflexioe des Spaltes müsse dafür i de Spalt zurückgeworfe werde. Messe Sie die Wikelazeige für die Liie 0-ter Ordug ( weiß). Vermesse Sie die Wikel 0 der sichtbare Spektralliie eier He-Spektrallampe i der 1. Beugugsordug. Gitterkostate: b i = itesiv s = schwach (Die Farbagabe sid subjektiv ud köe i dem Empfide des Betrachters leicht variiere) 0 Farbe i Blauviolett Abgeleseer Wikel / Wikel / si Welleläge / m Violettblau Blaugrü i Seegrü Gelb i Rot s Rot Auswertug Vergleiche Sie die ermittelte Werte der Spektralliie mit Literaturwerte. Bestimme Sie de absolute Fehler ud de relative Fehler /. Welche Beugugswikel erhält ma für die gelbe Liie i. Ordug? Versuch: Spektrometer Seite 9 vo 10

10 Prismespektrometer Wechsel Sie de Halter mit Gitter gege de Halter mit Prisma. O Bei dem verwedete Prisma beträgt 60. Richte Sie das Ferrohr auf die gelbe Spektralliie aus. Drehe Sie das Prisma ( a der Halterug! ) bis diese Liie de imale Brechugswikel aimmt. Vermesse Sie die sichtbare Spektralliie. Überehme Sie de Nullwikel aus Aufgabeteil Gitterspecktrometer: 0 i = itesiv s = schwach Farbe i Blauviolett Abgeleseer Wikel / Wikel / Brechugsidex Violettblau Blaugrü i Seegrü Gelb i Rot s Rot Bestimme Sie die Brechugsidizes des Prismas mit de im Versuch Gitterspektrometer berechete zugehörige Welleläge. Bestimme Sie de Fehler. Zeiche Sie die Dispersioskurve f. Zeigt die Kurve ormale, aomale oder keie Dispersio? Begrüde Sie ihre Atwort. Wie groß ist die Lichtgeschwidigkeit i dem Prisma für 500m Versuch: Spektrometer Seite 10 vo 10