1.2. Количественные характеристики дисперсии вещества

Количественной мерой при описании дисперсии света в веществе являются следующие физические величины:

а) набор из показателей преломления для фиксированных длин волн, например, для (синяя линия водорода) и для (красная линия водорода);

б) средняя дисперсия:

;

в) дисперсия вещества – скорость изменения показателя преломления в данном вещества, зависящая от рода вещества и спектрального интервала. Она вводится из-за сложного нелинейного характера зависимости . В области пропускания вещества, т.е. вдали от резонансных частот , дисперсия отрицательна, такой ход зависимости показателя преломления от длины волны носит название нормальной дисперсии. Вблизи резонансных частот дисперсия вещества положительна, это – аномальная дисперсия.

В экспериментальной практике под дисперсией вещества в области понимают отношение , характерное для данной длины волны. В ее окрестности выбирается интервал и соответствующая ему величина .

1.3. Количественные характеристики дисперсии спектральных приборов

В спектральных измерительных приборах используются весьма точно изготовленные дисперсионные призмы разного типа – от одиночных трехгранных до сложных многогранных или составных. В этом случае принято говорить о дисперсии пробора в целом и использовать следующие характеристики:

а) угловая дисперсия прибора , где – угол отклонения луча от оси прибора;

б) линейная дисперсия прибора , где – расстояние между изображением спектральных линий в фокальной плоскости выходного коллиматора;

в) разрешающая способность прибора , где – наименьшее расстояние между спектральными линиями, раздельно наблюдающимися в спектральной области вблизи .

2. Экспериментальная часть

2.1. Экспериментальная установка

Монохроматор УМ-2 состоит из 3-х основных узлов: коллиматора, спектральной призмы, выходной трубы. Если труба снабжена щелью, то прибор является монохроматором, если же окуляром, то – спектроскопом. В данной работе УМ-2 используется как спектроскоп, схема которого приведена на рис. 6.2.

Узел коллиматора служит для получения параллельного пучка лучей. Входная щель 1, снабженная микрометрическим винтом 2, открывается от 0,02 мм плавно до 4 мм. Коллиматорный объектив 3 должен давать параллельный пучок лучей, для этого его можно перемещать винтом 4 так, чтобы щель была в фокальной плоскости объектива 3.

Узел спектральной призмы. Сложная спектральная призма 5 служит для пространственного разложения немонохроматического пучка в спектр. Призма склеена из трех призм: Р₁, Р₂, Р₃ (рис. 6.2, б). Призмы Р₁ и Р₂ с преломляющими углами изготовлены из тяжелого флинта, обладающего большой дисперсией. Промежуточная поворотная призма Р₃ сделана из крона, обладающего меньшей дисперсией. За счет явления полного внутреннего отражения от ее гипотенузной грани лучи поворачиваются на угол в . Благодаря такому устройству призмы дисперсия призм Р₂ и Р₂ складывается. Вся система работает как призма с преломляющим углом . В результате двукратного преломления на гранях призм луч отклоняется от первоначального положения на угол наименьшего отклонения . Отклонения для различных длин волн будут различны, и за призмой возникнет спектр. Призма находится на поворотном столике 6, который вращается вокруг вертикальной оси при помощи микрометрического винта с отсчетным барабаном 7. На барабане нанесена винтовая дорожка с делениями, каждому из которых соответствует поворот призмы на 12,5 секунд. Отсчет на барабане читается против штриха индекса, скользящего по винтовой дорожке. При вращении столика призма поворачивается, и в поле зрения наблюдателя появляются различные участки спектра.

Узел зрительной трубы. Он служит для получения точного изображения входной щели в различных цветах. Объектив зрительной трубы 8 дает в своей фокальной плоскости четкое изображение входной щели, он называется камерным и имеет фокусное расстояние . В фокальной плоскости объектива (она показана на рис. 6.2, а пунктиром) расположен указатель 10, который рассматривается через окуляр 9. Указатель 10 имеет вид треугольника и освещается лампочкой через светофильтры (от красного до синего).

Указатель 10, шкалы барабана 7 и микрометрического винта 4 подсвечиваются лампочками на 6,3 В, питаемыми от пульта питания ЭПС-111. Яркость освещения указателя 10 регулируется реостатом, расположенным в корпусе УМ-2, там же находятся тумблеры включения всех подсветок прибора. Пульт питания ЭПС-111 служит для включения питания подсветок монохроматора и источников излучения.

Правила пользования ЭПС-111: шнур от осветительной системы УМ-2 вставляется в гнездо 5 (см. рис. 6.3). Шнур от лампы ДРШ вставляется в гнездо 4 с учетом расположения отверстий и штепселей вилки шнура. ЭПС-111 начинает работать при включении тумблера 1 («сеть»), для включения лампы ДРШ необходимо включить тумблер 3 и нажать кнопку «пуск».

Лампа ДРШ – ртутная лампа, является источником линейчатого спектра. Во время работы лампы в ее баллоне развивается давление 300 Н/см², поэтому с ней необходимо обращаться осторожно. Окно лампы должно быть закрыто защитным стеклом, прогрев лампы должен быть не меньше 5 минут, тогда ее излучение будет устойчивым. Во время работы ДРШ не следует смотреть на баллон лампы, так как в ее излучении присутствует ультрафиолетовая часть спектра.