1. 3. Описание экспериментальной установки
Выполнение лабораторной работы производится на установке, блок-схема которой представлена на рис.6. Электрическая схема установки показана на рис.7. В состав установки входят монохроматор УМ-2 с устройством автоматической развертки спектра, ртутно-кварцевая лампа ДРШ-250 с блоком питания, блок питания газоразрядной трубки (ГРТ), каретка с механизмом передвижения трубки и блоком питания, блок приемника излучения с регистрацией выходного сигнала с помощью вольтметра ВУ-15 или автоматической записью выходного сигнала на ЛКС4-003.
Рис.6 Блок-схема установки для изучения параметров
тлеющего разряда.
ФЭ - фотоэлемент; БП ФЭ - блок питания ФЭ; УМ- 2 - универсальный монохроматор; ГРТ -газоразрядная трубка; БУ ПП ГРТ - блок управления пространственным положением ГРТ; БП ГРТ - блок питания ГРТ; ВУ- 15 - вольтметр универсальный; ЛКС4-003 - самопишущий потенциометр.
Блок питания ГРТ включает в себя трансформатор ТР-1, выпрямитель напряжения, состоящий из трех диодных мостов и магазина сопротивлений R и ГРТ. Напряжение на ГРТ измеряется с помощью вольтметра V, а ток разряда - амперметром A. При включении SB1 напряжение сети поступает на входную обмотку ТР-1. Напряжение с выходных обмоток 9-10, 11-12, 13-14 поступает на выпрямитель, включаюшего три диодных моста VD1-VD2, VD3-VD4, VD5-VD6. Выпрямленное напряжение через магазин сопротивлений R1-R29 поступает на ГРТ. Изменение тока разряда осуществляется изменением сопротивления разрядной цепи с помощью магазина сопротивлений. На рис.5 представлена электрическая схема управления механизмом передвижения ГРТ
ЕL2
Рис. 7. Принципмальная электрическая схема БП ГРТ и БУ ПП ГРТ.
относительно входной щели монохроматора УМ-2, которая включает электродвигатель D2, переключатели B3,SB4, концевые выключатели SB5 и SB6, обеспечивающие отключение питания электродвигателя в конечных позициях ГРТ.
Задание 1. Градуировка монохроматора ум-2.
Для того, чтобы с помощью монохроматора УМ-2 можно было проводить определение длинн волн исследуемого спектра, его необходимо проградуировать, т.е. установить соответствие между длиной волны излучения, выделяемой выходной щелью, и делениями угла шкалы барабана. Для градуировки монохроматоров используются нормали класса А, к которым относятся линии, принадлежащие спектрам излучения атомов Кr, Cd и Hg. Перед выполнением работы необходимо используя справочную литературу определить длины волн спектра ртути, расположенные в интервале длиннволн 200-800 нм.
Порядок выполнения задания:
1. Ознакомьтесь с описанием экспериментальной установки и техническим описанием приборов, используемых в работе.
2. Установите лампу ДРШ-250 перед входной щелью монохроматора.
3. Включите источник питания лампы.
ВНИМАНИЕ! Излучение лампы ДРШ-250 имеет высокоинтенсивное ультрафиолетовое излучение, опасное для глаз. При работе на выходном окне кожуха лампы должен находиться стекляный фильтр!
4. Освободите зубчатое колесо редуктора из сцепления и вращая барабан определите визуально углы барабана, соответствующие линиям характеристического излучения ртути. Результаты занесите в таблицу.
5. Установите фотоэлемент у выходной щели монохроматора, обеспечив светоизоляцию входного окна фотоэлемента.
6. Уменьшите входную и выходную щели монохроматора до 0.5 мм.
7. Подключите усилитель фотоэлемента к вольтметру ВУ-15.
8. Включите блок питания фотоэлемента и ВУ-15. С помощью переключателя диапазонов блока питания фотоэлемента и диафрагмы отрегулируйте величину сигнала при диапазоне ВУ-15 в 1 В.
9. Проведите измерения интенсивности излучения J в зависимости от
угла барабана (n) в интервалах углов, определенных для выделенных линий из спектра ртути визуально.
10. Постройте зависимости J=f(n) и определите значения n, соответствующие максимумам Jmax выделенных линий ртути.
11. По результатам измерений постройте градуировочную кривую
l - f(n).
ЗАДАНИЕ 2.
Изучение спектрального состава излучения характерных областей тлеющего разряда. Используя градуировочную кривую расшифруйте спектральный состав излучения и определите наполняющий газ ГРТ.
Изучите распределение интенсивности и спектрального состава излучения по длине тлеющего разряда. Проведите анализ полученных результатов.
Порядок выполнения задания.
1. Установите перед входной щелью монохроматора УМ-2 газоразрядную трубку (ГРТ).
2. Установите фотоэлемент у выходной щели монохроматора УМ-2.
3. Включите регистрирующие приборы ВУ-15 и блок питания фотоэлемента в сеть при закрытой шторке УМ-2. По показаниям вольтметра ВУ-15 отрегулируйте усилитель фотоэлемента.
4. Зажгите тлеющий разряд в ГРТ, для чего включите тумблер “Зажи-гание разряда” на блоке питания. Установите с помощью магазина сопротивлений режим нормального тлеющего разряда.
5. С помощью переключателя направлений движения каретки и тумблера “Сеть” установите ГРТ в необходимое для регистрации излучения положение относительно выходного окна и конденсора.
6. Включите питание фотоэлемента. Откройте шторку УМ-2. Вращая барабан длин волн и наблюдая показания ВУ-15 определите спектральное положение излучения тлеющего разряда и отрегулируйте величину выходного напряжения усилителя фотоэлемента на диапазонах “0,3 В” или “1 В”.
7. Проведите измерения зависимости интенсивности излучения J от делений n барабана УМ-2. Результаты измерений занесите в столбцы 1 и 2 таблицы 2.
Таблица 2.
Деления барабана |
Интенсивность J (В) |
Длина волны (нм) |
1 |
2 |
3 |
|
|
|
8. Используя градуировку УМ-2 определите длины волн излучения ГРТ и занесите их в столбец 3 таблицы 2.
9. Используя таблицы спектральных линий определите наполняющий газ ГРТ.
10. Перемещая ГРТ относительно диафрагмы проведите измерения спектров излучения других характерных областей тлеющего разряда.
11. Изучите распределение интенсивности излучения по длине тлею-щего разряда.
12. Проведите анализ полученных результатов.
ЗАДАНИЕ 3.
Изучение вольт-амперной характеристики тлеющего разряда.
Порядок выполнения задания.
1. Установите переключателем “Сеть” напряжение на питании ГРТ “180 В0”. Зажгите разряд при крайнем левом положении переключателя магазина сопротивлений. Проведите измерение тока разряда. Для измерения падения напряжения на ГРТ подключите вольтметр нажатием кнопочного выключателя SA7.
2. Повторите измерения тока разряда и падения напряжения на ГРТ при разных сопротивлениях в цепи разряда и разных напряжениях питания разрядной трубки. При проведении измерений наблюдайте изменения размеров катодной светящейся пленки. Результаты измерений внесите в таблицу 3.
Таблица 3.
Ток разряда (А) |
Напряжение на ГРТ (В) |
|
|
3. По результатам измерений постройте вольт-амперную характеристику самостоятельного разряда. Определите области нормального и аномального тлеющих разрядов.
По результатам выполнения заданий 1-3 составьте отчет. Проведите оценку погрешности измерений, анализ результатов и сделайте выводы по проделанной работе.
Вопросы для самопроверки подготовки
1. Классификация электрических токов в газе.
2. Причина возникновения характерных областей тлеющего разряда.
3. Какие процессы определяют прикатодное падение потенциала в тлеющем разряде ?
4. Спектральный состав излучения характерных областей тлеющего разряда.
5. К какому виду плазмы относится положительный столб тлеющего разряда.
Литература:
1. В.А. Грановский. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М: Наука, 1971.
2. К.К. Намитоков, П.Л. Пахомов, С.А. Харин. Излучение газоразрядной плазмы. Алма-Ата: Наука, 1984.
3. Ю.Н. Райзер. Физика газового разряда. М.: Наука.1980. 4. Ю.Н. Райзер. Основы современной физики газоразрядных процес- сов. М.: Наука. 1980.
5. Методы исследования плазмы. / Под ред.Лохте-Хольгревена / М: Мир, 1971.
6. Основы спектрального анализа. /Под ред. Левшина В.Л./ М.: Изд. МГУ, 1962, -510 с.
Приложение 1.
Оптический спектр атомов Hg. (Спектральная нормаль класса “А”)
Длина волны , А0 |
Сила осциллятора 103 |
Длина волны, А0 |
Сила осциллятора |
1849,5 |
960 |
3801,66 |
10 |
2464,06 |
510 |
3906,37 |
83 |
2536,52 |
26 |
4040,56 |
160 |
2576,29 |
5 |
4077,83 |
64 |
2893,59 |
27 |
4108,05 |
23 |
2925,4 |
5 |
4347,49 |
240 |
2967,28 |
400 |
4358,34 |
150 |
3021,5 |
120 |
4916,07 |
43 |
3125,66 |
100 |
5460,74 |
100 |
3131,56 |
100 |
5769,6 |
220 |
3131,84 |
150 |
5789,66 |
600 |
3341,48 |
22 |
5790,66 |
170 |
3650,15 |
300 |
6907,46 |
60 |
3654,83 |
47 |
7081,9 |
60 |
3662,88 |
10 |
7091,86 |
60 |
3663,28 |
28 |
10139,79 |
270 |
3704,17 |
46 |
|
|
