Цель работы – определение численного значения постоянной Ридберга.
Большую роль в установлении внутренней структуры атомов играют исследования оптических спектров различных веществ. Наиболее простой вид имеют линейчатые спектры одноатомных газов и паров металлов. Каждая линия спектра излучения атомов соответствует разрешённым переходам этих атомов с более высоких энергетических уровней на более низкие. Вся совокупность спектральных линий состоит из нескольких серий. Соответствующие этим линиям длины волн описываются обобщённой формулой Бальмера:
(1)
где l – длина волны спектральных линий, Z –порядковый номер элемента в таблице Менделеева, R = 1,097×107 м-1 – постоянная Ридберга, n и m – целые числа. n определяет серию (n = 1, 2, 3, …), m определяет отдельные линии в серии (m = n +1, n +2, n +3, …).
В настоящее время в спектре излучения водорода (Z = 1) известны шесть серий, из которых одна серия находится в видимой области спектра – серия Бальмера (n = 2). Формула Бальмера (1) для этой серии имеет вид:
(2)
Из всех линий, наблюдаемых в спектре излучения водорода, наиболее чётко видны три первых линии – красная(m = 3), сине-зеленая (m = 4) и первая фиолетовая (m =5).
Длины волн, соответствующие этим линиям определяются с помощью спектрального прибора – монохроматора, а численное значение постоянной Ридберга рассчитывается по формуле, следующей из формулы (2):
(3)
Для того, чтобы с помощью монохроматора определить длины волн в спектре излучения водорода, необходимо предварительно проградуировать этот прибор. Для этого используется спектр излучения ртутной лампы. В спектре излучения паров ртути чётко наблюдаются семь спектральных линий, длины волн для которых известны (справочные данные). Каждой линии спектра сопоставляется номер деления шкалы прибора и строится градуировочная кривая l = f(b).
Каждой линии в спектре излучения водорода соответствует определённое деление шкалы монохроматора. По этим значениям с помощью градуировочного графика определяют соответствующие длины волн.
1.Градуировка монохроматора (по спектру ртути).
Цвет линии
b, деления шкалы
l, нм
Красная 1
Красная 2
Жёлтая(дуплет)
Зелёная
Зелёно-голубая
Синяя
Фиолетовая
2. Определение длин волн спектра излучения водорода.