Informe 4Fsica Moderna 1Juan Manuel Gonzalez.

ESPECTROSCOPIA DE EMISION PARA

ALGUNOS GASES.

Cuervo, J.1, Sanabria, D2, Torres, G3, Velez, J4

1,2,3,4Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas

6 de mayo de 2015

Abstract. In this lab spectrometer to measure the different angles of refraction ordiffraction of different colors can have a spectrum of light when the beam is composedof more than one color is used. To obtain these results it is necessary to measure these anglessubjecting a gas to a potential difference and generate a light beam and measure the anglesfor different colors. Measured after these angles, you can be found indices associated withdifferent diffraction angles, thereby setting a length associated with each color composingthe light beam wavelength of each gas.

Keywords: Spectrometer, Diffraction Angle, Wavelength.

Resumen. En esta practica de laboratorio se utilizara el espectrometro para poder medirlos diferentes angulos de refraccion o difraccion de los colores diversos que puede tener unespectro de luz cuando el haz se compone de mas de un color. Para obtener estos resultadoses necesario medir dichos angulos sometiendo un gas a una diferencia de potencial y asgenerar un haz de luz y poder medir los angulos a diferentes colores. Luego de haber medidoestos angulos, se pueden hallar los ndices de difraccion asociados a los diferentes angulos yas establecer la longitud de onda asociada a cada color que compone el haz de luz de cada gas.

Palabras clave: Espectrometro, Angulo de Difraccion, Longitud de Onda.

1. OBJETIVOS

1.1. Objetivo General

Verificar los espectros producidos pordiferentes gases al emitir luz

*jicuervog@correo.udistrital.edu.co

1

Espectroscopia de emision para algunos gases. 2

1.2. Objetivos especficos

Identificar la longitud de onda de la luzproducida por los diferentes gases

Comparar los datos obtenidos con losregistrados en la literatura cientfica ycon esto constatar el gas emisor

2. MARCO TEORICO

En principio, un espectrometro es elmas simple de instrumentos cientficos. Sedobla un haz de luz con un prisma o red dedifraccion. Si el haz se compone de mas de uncolor de la luz, se forma un espectro, ya quelos diversos colores se refractan o difractan adiferentes angulos. Se mide cuidadosamenteel angulo en que cada color de la luz se dobla.El resultado es una huella digital espectralque lleva una gran cantidad de informacionacerca de la sustancia de la que emana la luz.

La importancia del espectrometro comoun instrumento cientfico se basa en unhecho simple pero crucial. La luz es emitidao absorbida cuando un electron cambiasu orbita dentro de un atomo individual.Debido a esto, el espectrometro es unaherramienta poderosa para la investigacionde la estructura de los atomos. Es tambienuna herramienta de gran alcance paradeterminar que atomos estan presentes enuna sustancia. Los qumicos usan paradeterminar los constituyentes de moleculas ylos astronomos lo utilizan para determinarlos constituyentes de estrellas que estan amillones de anos luz de distancia.

Figura 1: Diagrama del Espectrometro

En su forma mas simple, unespectrometro es nada mas que un prismay un transportador. Sin embargo, debido ala necesidad de una deteccion muy sensibley medicion precisa, espectrometro real esun poco mas complicado. Como se muestraen la Figura 1, un espectrometro consta detres componentes basicos; un colimador, unelemento de difraccion y un telescopio.

La luz entra a analizar el colimador atraves de una estrecha ranura situada enel punto focal de la lente colimador. Portanto, la luz que sale del colimador es un hazparalelo delgado, lo que asegura que todala luz de la rendija golpea el elemento dedifraccion en el mismo angulo de incidencia.Esto es necesario si una imagen ntida se vaa formar. El elemento de difraccion dobla elhaz de luz. Si el haz se compone de muchoscolores diferentes, cada color se difracta a unangulo diferente.

El telescopio se puede girar para recoger laluz difractada en angulos medidos con muchaprecision. Con el telescopio enfocado en elinfinito y colocado en un angulo para recogerla luz de un color particular, una imagenprecisa de la hendidura del colimador puedeser visto. Por ejemplo, cuando el telescopio

Espectroscopia de emision para algunos gases. 3

esta en un angulo de rotacion, el espectadorpuede ver una imagen roja de la hendidura,en otro angulo de una imagen verde, y assucesivamente.

Mediante la rotacion del telescopio, lasimagenes de hendidura correspondientesa cada color constituyente puede servisto y el angulo de difraccion para cadaimagen se pueden medir. Si se conocen lascaractersticas del elemento de difraccion,estos angulos medidos se pueden usar paradeterminar las longitudes de onda que estanpresentes en la luz.

3. PROCEDIMIENTO

3.1. Montaje

Figura 2: Montaje experimental delEspectrometro

Colimador

Telescopio

Bases giratorias

Tabla de espectrometra

Rejilla de difraccion

Tubos que contienen diferentes gases

Fuente

Figura 3: Montaje experimental delEspectrometro

Figura 4: Montaje experimental delEspectrometro

Al momento de tener finalmente elmontaje armado es necesario realizar algunascalibraciones para luego comenzar a tomarmedidas de los angulos.

1. Nivelacion del Espectrometro. Elelemento de difraccion debe estarcorrectamente alineado con losejes opticos del telescopio y elcolimador. Esto requiere que tanto elespectrometro y la tabla espectrometroesten nivelados.

Espectroscopia de emision para algunos gases. 4

2. Centrar el Espectrometro. Mientras semira a traves del telescopio, se debedeslizar el ocular y verificar que elenfoque sea ntido.

3. Alineacion de la Rejilla. Para calcularcon precision longitudes de onda sobrela base de angulos de difraccion, larejilla debe ser perpendicular a la vigade la luz del colimador. Es necesarioalinear y centrar el espectrometro. Eltelescopio debe estar justo enfrente delcolimador con la ranura en un enfoquentido y alineado con la vertical delretculo.

4. Se gira el telescopio para encontraruna imagen de hendidura luminosa.Se alinea la vertical del retculo conel borde fijo de la imagen y se midecuidadosamente el angulo de difraccion.

5. La rejilla de difraccion difracta la luzincidente en espectros identicos a cadalado de la lnea del haz no difractado.Se gira el telescopio hacia atras, masalla del angulo de difraccion cero,para encontrar la imagen de hendiduracorrespondiente. Se mide el angulo dedifraccion de esta imagen.

6. Para hacer la lectura es necesario que larejilla se encuentre alineada y no girarla mesa giratoria o su base de nuevo.Angulos de difraccion se miden como sedescribe en la seccion anterior, angulosde difraccion de medicion.

4. RESULTADOS

A pesar de que los tubos que contenanlos gases tenan algunos escapes o noreaccionaban al someterlos a la diferenciade potencial, algunos tubos sirvieron para

poder observar mucho mejor el haz de luzy as extraer los angulos correspondientes.Los gases que se utilizaron son: Helio (He),Hidrogeno (H), Nitrogeno (N) y Neon (Ne).

A continuacion se discriminan los angulosobservados para los diferentes gases y coloresprimarios en las siguientes tablas:

Color Angulo ()V ioleta 15, 2V erde 17

Amarillo 20Rojo 22, 75

Tabla 1: Tabla de colores y angulospara (He) a 2,7kV

Color Angulo ()V erde 17, 75Rojo 24, 5

Tabla 2: Tabla de colores y angulospara (H) a 3kV

Color Angulo ()V ioleta 14, 5V erde 17, 7

Amarillo 19, 8Rojo 22, 5

Tabla 3: Tabla de colores y angulospara (N) a 2,7kV

Color Angulo ()V ioleta 16V erde 18, 4

Amarillo 19, 9Rojo 22, 1

Tabla 4: Tabla de colores y angulospara (Ne) a 0,6kV

Espectroscopia de emision para algunos gases. 5

4.1. Analisis

Calculando las longitudes de ondautilizando los datos anteriores para el Helio.

=a sin

n

Para n = 1 la ecuacion anterior queda:

= a sin

V ioleta =(1, 66 106m) sin (15, 2)

V ioleta =(1, 66 106m) (0, 2622)

V ioleta = 4, 352 107m

V ioleta = 435nm

V erde =(1, 66 106m) sin (17)V erde = 485nm

Amarillo =(1, 66 106m) sin (20)

Amarillo = 568nm

Rojo =(1, 66 106m) sin (22, 75)Rojo = 642nm

Calculando las longitudes de ondautilizando los datos anteriores para elHidrogeno.

V erde =(1, 66 106m) sin (17, 75)V erde = 506nm

Rojo =(1, 66 106m) sin (24, 5)Rojo = 688nm

Calculando las longitudes de ondautilizando los datos anteriores para elNitrogeno.

V ioleta =(1, 66 106m) sin (14, 5)V ioleta = 416nm

V erde =(1, 66 106m) sin (17, 7)V erde = 505nm

Amarillo =(1, 66 106m) sin (19, 8)

Amarillo = 562nm

Rojo =(1, 66 106m) sin (22, 5)Rojo = 635nm

Calculando las longitudes de ondautilizando los datos anteriores para el Neon.

V ioleta =(1, 66 106m) sin (16)

Espectroscopia de emision para algunos gases. 6

V ioleta = 458nm

V erde =(1, 66 106m) sin (18, 4)V erde = 524nm

Amarillo =(1, 66 106m) sin (19, 9)

Amarillo = 565nm

Rojo =(1, 66 106m) sin (22, 1)Rojo = 624nm

5. CONCLUSIONES

6. BIBLIOGRAFIA

Tipler. P Fsica moderna. Editorial Reverte. pag 121-148

Imagenes extraidas de (Instruction Manual and Experiment STUDENT SPECTROMETER)PASCO Scientific. Enero 1991

OBJETIVOSObjetivo GeneralObjetivos especficos

MARCO TERICOPROCEDIMIENTOMontaje

RESULTADOSAnlisis

CONCLUSIONESBIBLIOGRAFA