Теоретическое обоснование

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №14

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИСПЕРСИИ И РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СТИЛОСКОПА СЛ-IIА

Цель работы: исследовать спектр дуги железа, определить дисперсию и разрешающую способность стилоскопа.

Приборы и принадлежности: стилоскоп СЛ-IIA, набор исследуемых образцов, атлас дуговых спектральных линий.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Дисперсией спектрального прибора называют его способность отклонять лучи различных длин волн на разные углы. Различают линейную и угловую дисперсию.

Угловой дисперсией называется отношение , где – разность углов выхода двух лучей, которым соответствуют длины волн, отличающиеся на . Она выражается в радианах на ангстрем (1A=10 м). Угловая дисперсия призмы определяется выражением

(14.1)

Угол отклонения лучей при этом связан с показателем преломления приблизительно соотношением:

(14.2)

где n – показатель преломления материала призмы, А – преломляющий угол призмы.

Вращая маховичок барабана, мы поворачиваем призму и изменяем угол , показания шкалы барабана N пропорциональны углу поворота призмы . Угловая дисперсия призмы пропорциональна :

(14.3)

Угловая дисперсия зависит от величины преломляющего угла призмы, ее материала и длины волны, но не зависит от линейных размеров призмы. Линейная дисперсия определяется отношением , где – расстояние на фотопластинке между двумя спектральными линиями, длины волн которых отличаются друг от друга на . Если фокусное расстояние объектива равно f , то имеет место соотношение

(14.4)

Одной из важнейших характеристик спектрального прибора является его разрешающая сила. Вследствие дифракции ограниченного светового пучка, выходящего из коллиматора, изображение щели не повторяет форму самой щели. Это изображение, состоящее из главных и побочных максимумов, представляет собой более сложное распределение интенсивностей. Когда главный максимум дифракционного изображения щели для света с длиной волны совпадает с первым минимумом такого же изображения щели для света с длиной волны , то это положение условно считается пределом разрешения спектральных линий и . Величина

(14.5)

называется разрешающей силой спектрального прибора. Используя теорию дифракции на прямоугольном отверстии, можно получить следующее выражение для разрешающей силы призмы:

, (14.6)

где Т – суммарная длина оснований всех призм, – светосила объектива коллиматора, S – ширина щели.

Если ширина щели S бесконечно мала, то S=0 и

, (14.7)

где n – показатель преломления призмы.

Для призмы при постоянной длине волны падающего света разрешающая сила зависит только от длины основания призмы и не зависит от преломляющего угла.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Принципиальная оптическая схема стилоскопа СЛ-IIA показана на рис. 14.1. Свет от дуги 1 с помощью трехлинзовой системы 2-4 равномерно заполняет щель 5. Отражающая призма 6 направляет пучок на объектив 7, в фокусе которого помещена щель. Полученный параллельный пучок падает на диспергирующие призмы 8 и 9. Большой катет призмы 9, имеющий преломляющий угол посеребрен. Поэтому лучи отражаются от него и проходят в обратном направлении через призмы объектива. Затем лучи попадают на прямоугольную призму 10 и зеркало 11, которые направляют их в окуляр 12. В фокальной плоскости окуляра расположен фотометрический клин 13.

Рис. 14.1.

Внешний вид прибора приведен на рис. 14.2 (см. фотографию). Стилоскоп СЛ-IIA состоит из корпуса 1, внутри которого расположена электрическая схема прибора 4; съемной крышки 2, под которой расположена оптическая схема прибора; окуляра 3, маховичка 4, осуществляющего поворот призменной системы и смещение спектра в поле зрения; тумблеров 5 и 6 включения прибора в сеть и переключения режима тока (2А и 4А), рукоятки 7 переключения режима работы прибора. Исследуемый образец 8 размещают на столике 9 над дисковым электродом. Смещение дискового электрода в разных направлениях и его поворот вокруг своей оси осуществляется с помощью маховичков 10, 11, 12. Наверху съемной крышки 2 расположен маховичок 13, осуществляющий введение в оптическую схему прибора фотометрического клина. К клемме 14 подключается заземление прибора. Отсчет показаний барабана производится по шкале 15. Держатель 16 служит для крепления образца.

рис. 14.2.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1. Зачищенный образец 8 помещают над дисковым электродом на столик прибора 9. Держатель 16 прижимает его.

2. Маховичком 10 устанавливают между дисковым электродом и образцом зазор, равный 3мм. Проверяют заземление прибора.

3. Переключатель 7 устанавливают в положении “дуга”, переключатель 5 – в положении “вкл”. Зажигают дугу между образцом и электродом.

4. Наблюдая в окуляр 3, маховичком 4 выводят на середину поля зрения требуемую область спектра. Если в поле зрения спектральных линий не наблюдается, то перемещением маховичка 12 добиваются зажигания дуги и их появления. Вращением маховичка 11 регулируют яркость горения дуги.

УПРАЖНЕНИЕ I