현대물리학실험 | 원자 스펙트럼

 

 

 

TIP

 

 

나트륨 광원을 이용하여 격자간격을 구하고 이를 이용하여 수소, 수은, 헬륨의 특성인 스펙트럼을 관찰하고 이와 관련된 이론을 이해한다.

 

 

 

호이겐스의 원리

파면에 있는 모든 점들이 새로운 파를 만드는 파원이 된다는 원리.

우리가 사용할 회절 격자는 슬릿이 등간격으로 무수히 많은 일종의 다중 슬릿이라고 할 수 있다. 슬릿이 많을수록 밝은 무늬의 폭이 좁아지므로 더욱 선명하게 빛을 구별해낼 수 있다. 따라서 분해능이 더 높아진다.

 

 

영의 실험

위의 이중 슬릿 그림에서 스크린에 보이는 무늬중 임의의 지점을 P라고 하였을 때. 이중 슬릿을 지나 점 P에 도달하는 두 빛의 경로차는 dsinθ가 된다. P점이 밝은 무늬이려면 두 빛이 보강간섭을 일으켜야 하므로 경로차가 파장의 정수배만큼 나야 한다.따라서, 보강간섭이 일어나는 부분에서 다음 식 dsinϴ = mλ 이 도출 된다. 이 식은 다중 슬릿, 즉 회절 격자에서도 적용된다.

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실험 방법

1. 회절 격자 간격 구하기.

Light Sensor Gain Switch	X10
Light Sensor Properties Sensivility	Low
Collimating Slit	#1
Light Sensor Slit	#2

1) 위 표를 따라 세팅하고 컴퓨터의 모니터는 Light Sensor에서 멀리한다.

 

2) Spectrophotometer를 나트륨의 중간에 오도록 한다.

 

3) 회전판을 천천히 돌리면서 스펙트럼을 스캔한다.

 

4) Smart Tool을 이용하여 스펙트럼의 중심부터 m=1인 지점의 첫번째 스펙트럼까지의 각도를 잰다.

 

5) 스펙트럼 그래프를 그린다.

 

6) 수은의 평균 스펙트럼인 589.3 ㎚를 이용하여 회절 격자 간격 d를 구하고 앞으로의 실험에 사용한다.

 

2. 헬륨 스펙트럼

1) 나트륨램프를 헬륨 램프로 바꾸고 헬륨 튜브의 중간에 Spectrophotometer를 위치한다.

Light Sensor Gain Switch	X100
Light Sensor Properties Sensivility	Low
Collimating Slit	#4
Light Sensor Slit	#4

 

2) 위 표와 같이 세팅한다.

 

3) 1)번 실험 처럼 천천히 회전판을 돌리며 스캔하고 스펙트럼그래프를 그려 스펙트럼의 가장 밝은 중간부분부터 m=1인 지점의 각각의 스펙트럼 각도의 간격을 구한다.

 

4) 이 각도를 이용하여 각 색깔의 파장을 구한다. 이 때 1>실험에서 측정한 d간격을 이용한다.

 

5) 이론값과 비교한다.

 

3. 수소 스펙트럼

1) 헬륨 램프를 수소 램프로 바꾸고 수소 튜브의 중간에 Spectrophotometer를 위치한다. (뜨거우니 조심한다.)

Light Sensor Gain Switch	X100
Light Sensor Properties Sensivility	High
Collimating Slit	#3
Light Sensor Slit	#2

 

2) 위 표와 같이 세팅한다. (Setup의 Light Sensor를 더블클릭하여 Sensitivity를 바꾼다)

 

3) 1)번 실험 처럼 천천히 회전판을 돌리며 스캔하고 스펙트럼그래프를 그려 스펙트럼의 가장 밝은 중간부분부터 m=1인 지점의 각각의 스펙트럼 각도의 간격을 구한다.

 

4) 이 각도를 이용하여 각 색깔의 파장을 구한다. 이 때 1>실험에서 측정한 d간격을 이용한다.

 

5) 이론값과 비교하고 보어 모형의 식을 이용하여 광자의 에너지와 n을 구한다.

 

4. 수은 스펙트럼

1) 수소 램프를 수은 램프로 바꾸고 수은 튜브의 중간에 Spectrophotometer를 위치한다.

Light Sensor Gain Switch	X1
Light Sensor Properties Sensivility	Low
Collimating Slit	#1
Light Sensor Slit	#1

 

2) 위 표와 같이 세팅한다. (Setup의 Light Sensor를 더블클릭하여 Sensitivity를 바꾼다)

 

3) 1)번 실험 처럼 천천히 회전판을 돌리며 스캔하고 스펙트럼그래프를 그려 스펙트럼의 가장 밝은 중간부분부터 m=1인 지점의 각각의 스펙트럼 각도의 간격을 구한다.

 

4) 이 각도를 이용하여 각 색깔의 파장을 구한다. 이 때 1>실험에서 측정한 d간격을 이용한다.

 

5) 이론값과 비교한다.

 

5. 수은 Doublet

Light Sensor Gain Switch	X100
Light Sensor Properties Sensivility	Low
Collimating Slit	#1
Light Sensor Slit	#1

 

2) 위 표와 같이 세팅한다. (Setup의 Light Sensor를 더블클릭하여 Sensitivity를 바꾼다)

 

3) 1)번 실험 처럼 천천히 회전판을 돌리며 스캔하고 스펙트럼그래프를 그려 스펙트럼의 가장 밝은 중간부분부터 m=2인 지점의 오렌지 색까지의 스펙트럼 각도의 간격을 구한다.

 

4) 오렌지 색 부근을 확대하여 doublet을 찾는다.

 

5) 이론값과 비교한다.

 

 

 

[현대물리학실험]원자 스펙트럼 레포트