nhau
Đèn thủy ngân là đèn phát ra ánh sáng trắng bao gồm tập hợp các ánh sáng
đơn sắc có dải màu biến thiên liên tục từ đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
33
Cho ánh sáng này đi qua khe hẹp s của máy quang phổ lăng kính, do chiết suất phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng theo công thức:
22 2 2 2 0 1 4 ( ) e n N m π ω ω = + − ; (2.11) trong đó: ω tần số của ánh sáng; e điện tích nguyên tố;
m khối lượng của một electron;
N số nguyên tử của một chất điện môi trong một đơn vụ thể tích; Mặt khác theo định luật khúc xạ ánh sáng:
r n i sin
sin = . (2.12)
Các tia sáng đơn sắc cùng đến lăng kính với cùng một góc tới i, do chiết suất của lăng kính đối với từng bước sóng đơn sắc là khác nhau. Vì vậy góc khúc xạ r cũng khác nhau. Nên chùm sáng đi ra lăng kính là các chùm sáng đơn sắc.
Các chùm sáng này được hội tụ tại tiêu diện của thấu kính bố trí trong buồng ảnh, khi đó ta quan sát thấy phổ của ánh sáng trắng là quang phổ liên tục. Ngoài ra, có hiện tượng hay bắt gặp và hay được ứng dụng vào đo đạc đó là trường hợp quan sát được góc lệch cực tiểu. Khi thay đổi góc tới của một tia tới nào đó thì sẽ có một góc tới tương ứng nào đó mà tia ló ra khỏi lăng kính và tia tới đối xứng nhau qua trục đối xứng của lăng kính. Lúc này góc lệch của tia tới và tia ló là góc lệch cực tiểu. A i Dmin =2 − (i1 =i2 =i,r1 =r2 =r) (2.13) 2 sin 2 sin min A n D A = + (2.14) 34
Trong đó A là góc chiết quang của lăng kính, n là chiết suất của lăng kính ứng với ánh sáng có góc lệch cực tiểu Dmin.
Như vậy, muốn biết chiết suất của môi trường làm lăng kính cho trước đối với ánh sáng có bước sóng λ, ta chỉ cần đo được góc lệch cực tiểu của ánh sáng đó qua lăng kính rồi áp dụng công thức (2.14) để xác định. [8]
Thí nghiệm xác định chiết suất của lăng kính với các bước sóng khác nhau bằng máy quang phổ được tiến hành theo các bước sau đây:
Bước 1. Bật đèn và mở khe sao cho độ rộng của khe đủ nhỏ bằng thước vi kế
gắn liền trên khe;
Bước 2. Điều chỉnh ống chuẩn trực và ống ngắm thẳng hàng với nhau, sao cho
chữ thập trên vật kính của ống ngắm đúng vào tâm của khe sáng;
Bước 3. Điều chỉnh bàn đặt lăng kính cùng nằm trong mặt phẳng của ống ngắm
và ống chuẩn trực;
Bước 4. Xoay ống ngắm để quan sát phổ, có thể điều chỉnh khoảng cách giữa
ống ngắm và bàn đặt lăng kính;
Bước 5. Điều chỉnh ống ngắm sao cho chữ thập trên vật kính trùng với tâm của
một vạch nào đó trong quang phổ liên tục thu được (giả sử vạch vàng);
Bước 6. Xoay bàn lăng kính từ từ và giữ nguyên vị trí của ống ngắm để quan sát
sự dịch chuyển của hệ vân. Cố định bàn đặt lăng kính tại vị trí mà vân quan sát đổi chiều dịch chuyển. Đó chính là vị trí xảy ra góc lệch cực tiểu của tia quan sát. Xoay ống ngắm để vân quan sát trùng chữ thập. Ghi lại giá trị góc lệch cực tiểu ứng với từng tia quan sát bằng cách đọc số chỉ của giác kế. Làm tương tự với các tia khác trong hệ vân.
Với mỗi vạch đơn sắc tiến hành đo 5 lần góc lệch cực tiểu Dmin rồi xác định giá trị trung bình. Sau đó tính toán chiết suất n của môi trường theo công thức (2.14) ta được kết quả như bảng sau:
Góc ( độ) Màu D1 D2 D3 D4 D5 Dmin n Đỏ 47.94 47.99 47.87 47.85 47.95 47.92 1.617 Vàng 48.25 48.23 48.24 48.36 48.32 48.28 1.620 Xanh lá cây 48.66 48.63 48.57 48.64 48.55 48.61 1.624 Xanh ngọc lam 49.37 49.33 49.29 49.22 49.34 49.31 1.631 Xanh nước biển 50.45 50.37 50.38 50.49 50.41 50.42 1.642
Tím 51.37 51.35 51.40 51.25 51.23 51.32 1.650
Dựa vào kết quả ở bảng 2, ta vẽ được đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa chiết suất của môi trường và bước sóng ánh sáng như hình 2.4. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
36
2.7. Kết luận
Trong chương này chúng tôi trình bày cấu tạo và hoạt động của máy quang phổ dùng lăng kính và dùng cách tử và nêu một số đặc trưng của máy quang phổ dùng hai dụng cụ đó như độ phân giải, độ tán sắc.. nêu được cấu tạo của máy quang phổ trong phòng thí nghiệm quang học quang phổ trường Đại học Vinh.
Chúng tôi đã tiến hành thí nghiêm với máy quang phổ dùng đèn hơi thuỷ ngân phát ra, đã được lắp ráp tại phòng thí nghiệm quang trường Đại học Vinh; và đã đo được góc nhiễu xạ và tính toán được bước sóng sử dụng trong máy
37
Hình 2.4. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của chiết suất vào bước
quang phổ. Chúng tôi cũng đã tiến hành đo góc lệch cực tiểu qua lăng kính ứng với ánh sáng đơn sắc, từ đó xác định được chiết suất của lăng kính đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau, vẽ được đồ thị biểu thị sự phụ thuộc chiết suất của lăng kính vào bước sóng.