Построение градуировочной кривой
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №13
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИСПЕРСИИ И РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДИФРАКЦИОННОГО
СТИЛОСКОПА СЛ-13
Цель работы: научить студентов определять дисперсию и разрешающую способность дифракционного стилоскопа и установить различие дифракционных и призматических спектров.
Приборы и принадлежности: дифракционный стилоскоп СЛ-13, исследуемые образца, атласы спектральных линий.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
В стилоскопе СЛ-13 в качестве диспергирующего элемента используется вогнутая дифракционная решетка, которая одновременно является и фокусирующим устройством. Условие образования главных максимумов для вогнутой решетки такое же, как и для плоской, т.е.
, (13.1)
где d – период решетки; m – порядок спектра; λ – длина световой волны.
Основными характеристиками вогнутой дифракционной решетки являются: разрешающая способность, угловая и линейная дисперсия.
Угловую дисперсию 
получим, дифференцируя соотношение (13.1). Тогда
(13.2)
Линейная дисперсия вогнутой решетки равна
(13.3)
где ρ – радиус кривизны решетки (ρ=250 мм).
Вращая барабан, мы поворачиваем на определенный угол дифракционную решетку. Поворот решетки приводит к перемещению спектра. Если барабан повернуть на N делений, то решетка повернется на угол α. Тогда дифрагированный луч отклонится от первоначального положения на угол 2α. Общее отклонение дифрагированного луча от первоначального положения нормали составит φ+2α. Таким образом, поворот барабана на ΔN делений пропорционален изменению угла дифракции на Δφ, а величина 
пропорциональна угловой дисперсии 
.
Проведем оценку соотношений ΔN и Δφ. Сканирование спектра осуществляется поворотом дифракционной решетки. При повороте барабана от деления 400 до 730 дифракционная решетка повернется на угол от 13○33’ до 24○52’, а дифрагированный луч отклонится на угол, в два раз больший. Тогда
. (13.4)
Угловая дисперсия равна
(13.5)
Линейную дисперсию найдем как
(13.6)
Разрешающая способность прибора R равна
(13.7)
где 
– средняя длина волны, Δλ – расстояние между двумя близко расположенными линиями.
Разрешающая способность решетки зависит от числа штрихов решетки N, порядка спектра m и равна
. (13.8)
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
В работе проводятся исследования на стилоскопе СЛ-13. Стилоскоп предназначен для визуального качественного и полуколичественного спектрального анализа сталей, цветных металлов и сплавов в видимой области спектра. Оптическая схема прибора приведена на рис. 13.1.
Рис. 13.1.
Свет от дугового или искрового разряда I с помощью трехлинзовой системы 2, 3, 5 и зеркал 6, 7 проецируется на вогнутую дифракционную решетку 8, равномерно ее освещая. При замене линзы 3 на линзу 4 источник проецируется вблизи щели, создавая её интенсивное освещение, что обеспечивает оптимальные условия при анализе трудновозбудимых элементов.
Дифракционная решетка выполняет роль фокусирующего и диспергирующего элемента. Криволинейные штрихи решетки устраняют аберрации.
Генератор к стилоскопу построен по принципу двойного питания. Он представляет собой низковольтный контур с управляемой фазой зажигания дуги переменного тока и низковольтной искры с помощью высоковольтных импульсов малой энергии. Блок-схема генератора приведена на рис. 13.2.
Рис. 13.2.
Низковольтный контур обеспечивает энергией аналитический промежуток F2 и осуществляет все режимы работы. Питается от сети 220В.
Устройство прибора приведено на рис. 13.3.
Он состоит из оптической головки 1, генератора 3 и приставки 6. Оптическая головка включает в себе осветительную систему, щель, дифракционную решетку, систему поворотных зеркал, окулярную головку, размещенные внутри корпуса 1.
Дифракционная решетка закреплена в основании. Сканирование спектра осуществляется поворотом решетки вокруг оси с помощью маховичка 5, соединенного с барабаном, на котором нанесена шкала. Рукояткой 4 перемещают фотометрический клин и выводят в поле зрение диафрагму, соответствующую окуляру с увеличением 13,5Х.
В левой части прибора внутри отсека 21 расположен кронштейн с держателем дискового электрода. Держатель электрода можно перемещать по высоте рукояткой 18, в направлении, перпендикулярном оптической оси – рукояткой 19 и вращать – рукояткой 20. Вращением маховичка 22 можно плавно менять величину зазора между электродами разрядника. Для стабильного горения дуги расстояние между образцом и диском устанавливают порядка 1-2 мм.
Рис. 13.3.
В качестве источника возбуждения спектра применяют генератор 3. Он представляет собой литой корпус, внутри которого размещен силовой трансформатор, импульсный трансформатор, катушка индуктивности, блок сопротивлений, блок конденсаторов, переключатели.
Все управление генератором вынесено на переднюю панель корпуса в виде переключателей 12-17.
Приставка 6 содержит в себе реостат, трансформатор, блок конденсаторов, магнитный пускатель, пакетный переключатель, амперметр. Приставка соединяется разъемом с генератором и в сеть включается при помощи соединительного шнура.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
На столик помещают анализируемый образец, поверхность которого тщательно очищена, и устанавливают расстояние между электродом и образцом 1-2 мм. Исследования выполняют в режиме дуги. Для получения режима дуги переключатель 13 устанавливают в положение 60°, переключатель 12 – в положение 1, переключатель 14 – в положение «0»; переключатель 16 – положение II; переключатель 17 – в положение "ВЫКЛ"; переключатель 15 – в положение «0»
Сетевой шнур приставки включают в розетку. Переключатель 10 приставки переводят в положение 10А. Нажатием кнопки 23 зажигают электрическую дугу между электродами. Поворотом маховичка 7 устанавливают на амперметре ток 8А. Поворотом маховичка 22 на небольшой угол добиваются стабильного горения дуги.
УПРАЖНЕНИЕ I
Построение градуировочной кривой
1. В поле зрения окуляра 24 вращением барабана 5 выводят фиолетовый участок спектра с характерными линиями.
2. С помощью атласа спектральных линий отыскивают их длину волны и по шкале барабана снимают отсчетN.
3. Вращением барабана 5 в поле зрения выводят последовательно синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный участки спектра. По атласу находят для них характерные линии и для каждой линии снимают отсчет по шкале барабана. Данные заносят в таблицу.
4. Строят график зависимости N=f(λ), откладывая по оси абсцисс длину волны λ, а по оси ординат – отсчет N.
| Цвет спек-тра | фио-лето-вый | синий | голу-бой | зеле-ный | жел-тый | оран-жевый | крас-ный |
| Длина волны λ | |||||||
| Отсчет по шкале бара-бана N |
УПРАЖНЕНИЕ II