Как да си направим спектроскоп?

Знаете ли, че...химичният елемент хелий е открит първо в хромосферата на Слънцето, а по- късно на Земята?

     Хелият е наблюдаван за пръв път на 18 август 1868 година като жълта линия (фиг.1) с дължина н а вълната 587,49 нанометра в емисионния спектър на хромосферата на Слънцето. Линията е забелязана от френския астроном Пиер Жансен по време на пълното слънчево затъмнение в индийския град Гунтур. Първото предположение е, че линията се дължи на натрия. На 20 октомври същата година английският астроном Норман Локиър също наблюдава жълта линия в слънчевия спектър, която нарича линия на Фраунхофер D3, тъй като е разположена близо до известните линии на натрия D1 и  D2. Локиър решава, че линията се дължи на химичен елемент в състава на Слънцето, който е неизвестен на Земята. Заедно с английския химик Едуард Франкланд той му дава името на древногръцкия бог на слънцето Хелиос.

     Малко история!

През 1666 г. Исак Нютон открил, че светлината може да се разлага в спектър.

През 1814 г. Йозеф фот Фраунхофер, немски физик оптик, открил тъмни линии в спектъра на слънчевата светлина (фиг. 2).

През 1861 г. Густав Кирхоф и Роберт Бунзен откриват рубидия и цезия, изследвайки спектъра на Слънцето.

През 1862 г. Андерс Ангстрьом, шведски астроном, идентифицира водород в Слънцето.

През 1882 година италианският физик Луиджи Палмиери за пръв път открива хелий на Земята, попадайки на неговата спектрална линия D3 при анализ на лава от вулкана Везувий.

   Оказало се, че спектралните линии са същинска енциклопедия за стоежа на атома, която човечеството започнало за разчита правилно едва след 1890 г., когато били открити за първи път частиците, които изграждат атома.

    Изследването на спектрите на излъчване и поглъщане на атомите и молекулите е предмет на спектралния анализ - физичен метод, с който се определя качественият и количественият състав на веществата.

     Как да си направим спектроскоп?

    Всеки има у дома висококачествена дифракционна решетка: компакт диск (CDs). Прекрасните цветове които се виждат, когато светлината рефлектира от повърхността на CD-то са ясна индикация, че той действа като дифракционна решетка. Но защо?  Каналите, в които е кодирана музиката, са разположени само на 1.6µm (1600 nm) един от друг и действат като решетка.

   Можем да използваме тази домашна дифракционна решетка за конструиране на нашия спектрометър (фиг. 3). Той се състои от два важни елемента: едно CD, което разделя светлината на различните съставящи я цветове, и тесен процеп на противоположната страна на кутията, който продуцира тесен лъч светлина.

   Процепа можем да направим от две бръснарски ножчета, които се залепват със скоч едно срещу друго. Ако процепът е много широк, спектърът ще бъде малко замъглен, но ако е много тесен, спектърът ще бъде тъмен. Подходяща ширина - от 0.2 мм. Качеството на спектъра зависи от качеството на процепа, така че трябва да се направи много внимателно.

   На другата страна на кутията монтираме едно празно CD  под ъгъл 600 на дъното на кутията. Отгоре изрязваме дупка, през която може да се наблюдава CD-то. Разсеяната светлина се изолира като  всички дупки и процепи се облепят с черно тиксо.

    За да наблюдаваме спектъра, поставяме процепа  срещу източник на светлина (колкото по-близко по-добре), и наблюдаваме  през дупката отгоре.  Снимки могат да се направят с проста дигитална камера, с макро за предпочитане, закрепена с тиксо или гумена лента. Добре би било да е камера с мануален фокус, тъй като би било трудно да се направи добра снимка на ауто-фокус.

    Време е за експерименти! Наблюдавайте спектрите на обикновена електрическа крушка и на флуоресцентна лампа.

 







 

С помощта на  https://www.scienceinschool.org/print/315. 

   Фиг.1. Спектрални линии на хелия

Пиер Жансен- френски астроном. Изучава математика и физика и получава докторска степен през 1860 година, след което става професор по физика в училището по архитектура.

Хелий- безцветен газ, излъчващ лилава светлина, поставен в силно електрическо поле.

Фиг. 2- Слънчев спектър и линии на Фраунхофер

Фиг. 3. Спектроскоп