Lab N°9 Fisica 3


ESPECTROMETRÍA
Laboratorio N° 9

FÍSICA III
Miercoles 23 de Octubre de 2013



Alumno:

Profesora:

Ayudante:















OBJETIVOS

Determinar las longitudes de onda de cada color del espectro visible de una lámpara de vapor de mercurio producido por una red de difracción.

PLANIFICACIÓN

De acuerdo a la mecánica cuántica, los átomos, pueden solo tenerciertas cantidades de energía discretas y no continuas. Este fenómeno se conoce como cuantización de la energía. Así los átomos de un gas pueden tener diferentes valores de energía, E0, E1, E2,…… llamados estados energéticos cuantizados del átomo. Los sistemas microscópicos en su estado normal o de equilibrio tienden a ocupar sus niveles energéticos inferiores, el nivel llamado "fundamental" E0.Sin embargo al absorber energía pueden pasar a un estado energético superior dentro del proceso llamado "absorción" de energía o también de "excitación" (Fig. 1).

­ Al encontrarse en niveles superiores (estado "excitado") los átomos pueden volver a su estado normal E0 liberando ahora la energía absorbida en el proceso de absorción en forma de onda electromagnética llamada "cuanto de energía".Este proceso, es llamado "emisión espontánea" de energía (Fig.2).

La cantidad de energía que se absorbe o libera por los átomos se puede definir por ∆Ej, y de acuerdo a la mecánica cuántica se puede definir a partir de la siguiente expresión:

Donde:
h= constante de Planck
f = frecuencia de la onda electromagnética (Hz).

De este modo los gases al liberar energía desde estados energéticossuperiores emiten radiación electromagnética de diferente frecuencia, o lo que es equivalente a diferentes longitudes de onda. Este conjunto de longitudes de onda o frecuencias es llamado "líneas espectrales del gas" o "espectro de emisión", las cuales son analizadas utilizando la técnica de espectrometría. Esta técnica se encarga de analizar las longitudes de onda de los fotones emitidos por losátomos o moléculas durante su transición, desde un estado de excitación a uno de inferior energía. Cada gas tiene su propio espectro de emisión que le caracteriza y es por esto que pueden ser identificados entre los demás por medio de las líneas espectrales que emite.

Dicho de otro modo, el espectro de emisión de un gas es lo que identifica a cada gas, o bien "la huella digital" del gas.Cualquier gas al ser excitado, emitirá radiación electromagnética con un "espectro de emisión diferente".

Al hacer pasar una luz de Mercurio o de un gas por una red de difracción, hace que las ondas que emergen de esta, interfieren constructivamente cuando la diferencia de camino d sen 9 es igual a un número entero de longitudes de onda.

Entonces se puede establecer la longitud de onda de cadalínea espectral a partir de la expresión:

Donde:
d = distancia entre las rendijas (d puedes ser calculada sabiendo el número de líneas por mm).
θm = ángulo bajo el cual se ve una línea o máximo de orden de difracción m.
λ = longitud de onda.
m = orden de difracción.

Por lo tanto, para cierta longitud de onda los máximos se ubicarán bajo diferentes ángulos que corresponderán a diferentesórdenes de difracción m. Esto significa que para incidencia de luz de un gas (Mercurio) en una rejilla de difracción, en la pantalla se obtendrá un patrón de interferencia producto del proceso de difracción, que contendrá todas las líneas espectrales de colores (componentes) de la luz del gas empleado.

Determinando el ángulo bajo el cuál se ve cada línea espectral de color y empleando la expresión(2) se puede obtener la longitud de onda correspondiente a cada línea de color.

MATERIALES A EMPLEAR

Equipo necesario
Cant.
Otros
Cant
Base de espectrometría
1
Lente Colimador
1
Red de Difracción ( 600 líneas/mm )
1
Disco Graduado
1
Lamina Colimador
1
Lente Convergente
1
Disco de Aperturas
1
Sensor de Luz alta sensitividad
1
Sensor de Rotación
1
Riel de Montaje
1...