Versuchsziele:
1. Bestimmung der Wellenlänge von Hg - Spektrallinien mit dem Gitterspektrometer.
2. Bestimmung der Dispersion eines Flintglases mit dem Prismenspektrometer.
Versuchsaufbau:
Das Gitter- und Prismenspektrometer besteht aus einer runden Grundplatte (ca. 30 cm) mit einer 360° Skalierung mit zusätzlicher Minutenunterteilung, die sich auf dem äußeren Kreisring befindet. Außerdem befindet sich darauf ein bewegliches Fernrohr. Die aktuelle Blickrichtung (bez. auf das Spiktrometer) kann man mittels Ableseanzeige direkt auf dem Kreisring ablesen. Sieht man durch das Fernrohr hindurch entdeckt man eine horizontale durch den Mittelpunkt (5) der Linse gehende Skalierung. Auf der Grundplatte befindet sich ferner im Mittelpunkt eine Plattform. Auf dieser Plattform wird schließlich ein Glasprisma oder ein Flintglas gestellt. Mittels eines weißen Lichtes, daß das jeweilige Glas durchleuchtet und dem Fernrohr kann nun die Wellenlänge von HG - Spektrallinien und die Dispersion eines Flintglases bestimmt werden. Dies geschieht durch ermitteln des Einfalls - und Austrittswinkel.
Versuchsdurchführung
Als erstes wird das Fernrohr auf einen möglichst weit entfernten Gegenstand "unendlich" eingestellt. Dabei muß die Skala im Fernrohr scharf zu erkennen sein. Danach wird der Spalt in die Brennebene des Spaltobjektives gebracht. Dazu wird das Fernrohr in die Achse des Spaltrohrs geschwenkt und das Spaltbild beobachtet. Das Spaltbild muß scharf zu erkennen sein und parallel zur Mittellinie der Okularskala ausgerichtet sein.
Spaltrohr und Fernrohr werden auf einer Linie gebracht. Bei möglichst kleiner Spaltöffnung sollte eine maximale Helligkeit vorhanden sein.
Um die Wellenlänge der HG - Linie zu bestimmen, stellen wir ein Gitterspektrometer zwischen Spaltrohr und Fernrohr genau senkrecht zur Spaltrohrachse auf. Die Position wurde während der gesamten Position nicht verändert. Um die Spektrallinien zu sehen, muß man das Fernrohr nach links oder rechts verschieben. Man justiert eine Spektrallinie in die Mitte des Okulars und ließt am Nonius die anliegende Gradzahl ab. Daraus kann man den Winkel berechnen. Dies wird mit den Spektralfarben violett, blau, grünblau, grün, gelb (orange) und rot durchgeführt.
Zur Messung des Brechungsindex wird das Gitter gegen ein Prisma ausgetauscht. Das vom Spalt kommende Licht sollte auf eine polierte Seitenfläche des Prismas in einem Winkel von >45° fallen. Nun wird das Prisma solange gedreht, bis eine minimale Ablenkung erreicht ist. Dies ist der Fall, wenn die Spektrallinie gerade einen Umlenkpunkt durchläuft. Bei dieser Stellung wird der Winkel wiederum abgelesen. Auf diese Art wird die Stellung minimaler Ablenkung für alle Linien bestimmt. Nun wird das Prisma so gedreht, daß das vom Spalt kommende Licht auf die benachbarte polierte Fläche fällt und zur entgegengesetzten Seite abgelenkt wird. Auch hier bestimmen wir die Winkelposition für die Stellung minimaler Ablenkung.
Gitter- und Prismenspektrometer Flintglas
Skizze: _0=359°
Richtung R:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Gitter- und Prismenspektrometer
Richtung L:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Entsprechend der Versuchsbeschreibung werden beim Flintglas nur die in den Tabellen fett markierten Farben Berücksichtigt.
Berechnung:
Wellenlänge der einzelnen Spektrallienien:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1. Gitterordnung:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Gitter- und Prismenspektrometer
2. Gitterordnung:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Mittelwerte von _-recht und links:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Alle Werte in den oben ausgefürten Tabellen haben das Maß nm.
Wellenlänge laut Physikbuch:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Prisma
Skizze:
_0 =359°10`
Gitter- und Prismenspektrometer
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Die Ergebnisse wurden rechts von der Nullstellung ausgemessen. Links davon wurden keinerlei Farben gefunden.
Berechnung:
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Fehlerquellen:
- Lichtspalt ist zu groß = Lichtspalt wird unscharf
- Der Farbenspalt wird im Fernrohr nicht genau mittig gestellt = durch unscharfe Farbspalten (keine genaue Erkennung)
- Fremdlichter = Licht von draußen, Lichtquellen von anderen Versuchsgruppen
- Ungenaues ablesen auf der Gradskala und dem Nonius = Parallaxefehler
- Ungenaue Schärfeeinstellungen des Fernrohrs = kein unendlich weiten Gegenstand gewählt
- Skalierung hat eine Toleranz von 10´
Auswertung:
Wellenlänge:
Bei der Messung der Wellenlänge (den Farben hellblau, violett und grün) sind gravierende Abweichungen ermittelt worden. Diese Abweichungen lassen sich durch
Gitter- und Prismenspektrometer
Fehler aus dem Bereich Fehlerquellen nicht erklären. Die einzige Erklärung die es dafür gibt ist, daß eine absolut falsche Gradzahl vom Nonius bei der Messung abgelesen wurde, oder daß grün z.B. mit orange bzw. gelb 1 verwechselt wurde. Dies kann beim Aufschreiben der Werte geschehen sein oder durch ein anderes Farbempfinden des Beobachters. Was allerdings die Farben blau, orange und rot betrifft, so liegen diese mit minimaler Abweichung im Bereich der tatsächlichen Wellenlängen dieser Farben.
Einige der aufgeführten Fehlerquellen, wie z.B. nicht völlig abgedunkelten Raum usw. können ausgemesst werden, indem die Versuchsteilnehmer auf diese Probleme verbereitet werden. Fehlerquellen wie z.B. Scharfeinstellung des Fernrohres, können nur von den Versuchsteilnehmern beseitigt werden. Ferner wäre eine einfachere und gleichzeitig sicherere Bedienung des Spektrometers im Hinblick auf die Ergebnisse wünschenswert gewesen.
Prisma:
Häufig gestellte Fragen
Was sind die Versuchsziele des Experiments?
Die Versuchsziele sind die Bestimmung der Wellenlänge von Quecksilber (Hg) - Spektrallinien mit einem Gitterspektrometer und die Bestimmung der Dispersion eines Flintglases mit einem Prismenspektrometer.
Wie ist der Versuchsaufbau für die Spektrometrie?
Das Gitter- und Prismenspektrometer besteht aus einer runden Grundplatte mit einer 360°-Skala. Ein bewegliches Fernrohr ist vorhanden, um die Blickrichtung abzulesen. Im Mittelpunkt befindet sich eine Plattform für das Glasprisma oder Flintglas. Durchleuchtung des Glases mit weißem Licht ermöglicht die Bestimmung der Wellenlänge von Hg-Spektrallinien und der Dispersion des Flintglases durch Ermittlung des Einfalls- und Austrittswinkels.
Wie wird die Versuchsdurchführung beim Gitterspektrometer gehandhabt?
Zuerst wird das Fernrohr auf "unendlich" eingestellt, so dass die Skala scharf ist. Der Spalt wird in die Brennebene gebracht. Fernrohr und Spaltrohr werden auf einer Linie gebracht und die maximale Helligkeit wird bei möglichst kleiner Spaltöffnung eingestellt. Für die Bestimmung der Wellenlänge von Hg-Linien wird das Gitterspektrometer senkrecht zur Spaltrohrachse aufgestellt und die Gradzahl bei jeder Spektrallinie (violett, blau, grünblau, grün, gelb/orange, rot) abgelesen.
Wie läuft die Versuchsdurchführung beim Prismenspektrometer ab?
Das Gitter wird durch ein Prisma ersetzt. Licht vom Spalt fällt unter einem Winkel von >45° auf eine polierte Seite des Prismas. Das Prisma wird gedreht, bis eine minimale Ablenkung erreicht wird (Umlenkpunkt der Spektrallinie). Die Winkelposition wird abgelesen. Dies wird für alle Linien wiederholt. Das Prisma wird dann so gedreht, dass das Licht auf die benachbarte Fläche fällt und zur entgegengesetzten Seite abgelenkt wird. Auch hier wird die Winkelposition für die minimale Ablenkung bestimmt.
Welche Berechnungen werden im Experiment durchgeführt?
Es werden die Wellenlänge der einzelnen Spektrallinien, die Gitterordnung (erste und zweite), und Mittelwerte von Winkeln berechnet. Der Brechungsindex und die Abhängigkeit der Brechzahl von der Wellenlänge werden ebenfalls berechnet.
Welche Fehlerquellen können im Experiment auftreten?
Mögliche Fehlerquellen sind ein zu großer Lichtspalt (unscharfes Bild), ungenaue Positionierung des Farbspalts im Fernrohr, Fremdlicht, ungenaues Ablesen auf der Gradskala, ungenaue Schärfeeinstellung des Fernrohrs, und die Toleranz der Skala.
Was sind die Erkenntnisse aus der Auswertung bezüglich der Wellenlänge?
Bei der Messung der Wellenlänge (hellblau, violett und grün) wurden größere Abweichungen festgestellt. Die Abweichungen für blau, orange und rot waren geringer. Fehlerquellen können eine falsche Gradzahl beim Ablesen oder Verwechslung der Farben sein.
Was sind die Erkenntnisse aus der Auswertung bezüglich des Prismas?
Die Berechnung des Brechungsindex zeigt, dass jede Spektralfarbe eine spezielle Brechzahl hat. Die Brechzahl fällt zwischen 447,6 nm und 483,6 nm drastisch ab. Jede Wellenlänge besitzt somit eine eigene Brechzahl.
- Arbeit zitieren
- Holger Köster (Autor:in), 2000, Gitter- und Prismenspektrometer, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/97784
