iSES - Internet School Experimental System

Spektra

Zadání úlohy

Střední škola – verifikační postup:

1. Seznamte se s historií vzniku kvantové fyziky.
2. Přepočítejte si příklady kvantování fyzikálních veličin v teorii a prostudujte, proč ve spektrech pozorujeme spektrální čáry?
   (Viz části Úvod a Fyzikální základ.)
3. Přihlašte se ke vzdálenému experimentu a proměřte alespoň 5 vlnových délek spektrálních čar tzv. Balmerovy série vodíku, a to pro kratší i delší dobu expozice. Zodpovězte, proč je nezbytné pořídit spektrum alespoň ve dvou různě dlouhých časových intervalech?
   (Pozn.: Ve spektru jsou nevyhnutelně navíc obsaženy i cizí příspěvky – rozpoznáte je podle složitější struktury a především podle odlišné intenzity, tedy výšky čáry!)
4. V případě zájmu proměřte navíc spektrum rtuťové výbojky a kvalitativně jej srovnejte se spektrem vodíku.
5. Při odečítání vlnových délek spektrálních čar odhadněte také možnou chybu měření a naměřené hodnoty srovnejte s teoretickými hodnotami, které vypočtěte podle vztahu (5).
6. Výsledky měření s teoretickými hodnotami zpracujte do přehledné tabulky, kterou uveďte v protokolu ze vzdáleného měření (protokol obsahuje mj. datum a čas začátku vzdáleného měření).
   V závěru zhodnoťte soulad teoretických a naměřených hodnot vlnových délek a kvalitativně srovnejte intenzity spektrálních čar.

Střední škola – heuristický postup:

1. Přihlašte se ke vzdálenému experimentu a proměřte spektrum rtuťové výbojky a Geisslerovy výbojové trubice naplněné vodíkem. Obě spektra srovnejte.
Ze záznamu spektra odečtěte alespoň 5 vlnových délek spektrálních čar tzv. Balmerovy série vodíku, a to pro kratší i delší dobu expozice. Zodpovězte, proč je nezbytné pořídit spektrum alespoň ve dvou různě dlouhých časových intervalech?
(Pozn.: Ve spektru jsou nevyhnutelně navíc obsaženy i cizí příspěvky – zkuste emisní čáry vodíku rozpoznat např. podle systematicky se snižující intenzity, tedy výšky čáry!)
2. Při odečítání vlnových délek spektrálních čar nezapomeňte odhadnout také možnou chybu měření.
3. Nalezené spektrální čáry příslušející jedné sérii (napovíme v intervalu vlnových délek 369–700 nm) očíslujte pořadovým číslem od nejjasnější, tedy od nejvýznamnější z nich. S pomocí doplňku programu MS Excel Řešitel (návody zde) nebo grafickým zpracováním ve vědeckém softwaru gnuplot se pokuste nalézt případnou závislost vlnové délky na pořadí čáry. Úvod do grafického zpracování.
4. Výsledky měření a graf nalezené funkce uveďte do společného grafu včetně chyb měření, který prezentujte v protokolu ze vzdáleného měření (protokol obsahuje mj. datum a čas začátku vzdáleného měření).
   V závěru zhodnoťte, jak dobře objevená závislost vystihuje naměřené hodnoty, případně zda odpovídá teoreticky odvozené závislosti.

Univerzita:

1. Seznamte se s historií vzniku kvantové fyziky.
2. Přepočítejte si příklady kvantování fyzikálních veličin v teorii a prostudujte, proč ve spektrech pozorujeme spektrální čáry?
   (Viz části Úvod a Fyzikální základ.)
3. Přihlašte se ke vzdálenému experimentu. a proveďte kalibraci spektrometru.
   (Proměříte polohy vybraných spektrálních čar rtuťové výbojky, jimž spolehlivě přiřadíte tabelovanou vlnovou délku. Kalibraci zpracujte graficky a uveďte nalezenou kalibrační funkci – předpokládejte linearitu čipu spektrometru. Pozor, ve spektru jsou nevyhnutelně navíc obsaženy i cizí příspěvky, např. od luminoforu či skla.)
4. S použitím nalezené kalibrační funkce proměřte vlnové délky alespoň 5 spektrálních čar tzv. Balmerovy série vodíku, a to pro vhodně nastavenou kratší a delší dobu expozice. Zodpovězte, proč je nezbytné pořídit spektrum alespoň ve dvou různě dlouhých časových intervalech?
   (Pozn.: Ve spektru jsou nevyhnutelně navíc obsaženy i cizí příspěvky – rozpoznáte je podle složitější struktury a především podle odlišné intenzity, tedy výšky čáry!)
   Spustit verzi experimentu pro VŠ.
5. Při odečítání vlnových délek spektrálních čar vyhodnoťte chybu měření a naměřené hodnoty srovnejte s teoretickými hodnotami, které vypočtěte podle vztahu (5).
6. Výsledky měření s teoretickými hodnotami zpracujte do přehledné tabulky, kterou uveďte v protokolu ze vzdáleného měření (protokol obsahuje mj. datum a čas začátku vzdáleného měření).
   V závěru zhodnoťte soulad teoretických a naměřených hodnot vlnových délek a kvalitativně srovnejte intenzity spektrálních čar.