ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΕΝΟΣ ΑΓΝΩΣΤΟΥ ΑΣΤΕΡΑ ΤΜΗΜΑ... ΟΝΟΜΑ... ΟΜΑΔΑ... ΕΠΩΝΥΜΟ...

Transcript

1 Φύλλο Εργασίας

2 1 Ο ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΕΝΟΣ ΑΓΝΩΣΤΟΥ ΑΣΤΕΡΑ (Παρατήρηση συνεχών και γραμμικών φασμάτων εκπομπής με φασματοσκόπιο) ΤΜΗΜΑ... ΟΝΟΜΑ... ΟΜΑΔΑ... ΕΠΩΝΥΜΟ... Δραστηριότητα 1 η : Υποθέστε ότι εργάζεστε σε ένα ερευνητικό κέντρο αστρονομίας και προσπαθείτε να βρείτε από τι στοιχεία αποτελείται ένα αστέρι, μέσω της μελέτης του φωτός που εκπέμπεται απ αυτό. Συγκεκριμένα, η ομάδα σας έχει αναλάβει να μελετήσει το φως ενός άστρου το οποίο έχει αναλυθεί και με την μελέτη των φασματικών γραμμών να προβλέψει τα στοιχεία που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα του. Όταν το φως περνάει μέσα από ένα πρίσμα, αναλύεται στα χρώματα απ τα οποία αποτελείται. Το λευκό φως αναλύεται σε λωρίδα χρωμάτων και αυτό το ουράνιο τόξο ονομάζεται φάσμα. Μπορείτε να φτιάξετε φάσματα με πολλούς τρόπους, π.χ. με ένα πρίσμα, ή και με σταγόνες του νερού. Οι επιστήμονες έχουν φτιάξει ειδικά όργανα για την ανάλυση του φωτός τα οποία ονομάζονται φασματοσκόπια. Όταν το φως ενός άστρου περνά από ένα φασματοσκόπιο, το αποτέλεσμα είναι το φάσμα του άστρου. Αυτό μοιάζει με ένα κανονικό ουράνιο τόξο των χρωμάτων, και μέσα σ αυτό περιέχονται κάποιες σκοτεινές γραμμές. Εδώ είναι ένα φάσμα του ήλιου μας: Αφού παρακολουθήσετε το παρακάτω video του bbc που αφορά τα φάσματα, συζητήστε με τα μέλη της ομάδας σας και απαντήστε στο ακόλουθο ερώτημα: Που οφείλονται οι σκοτεινές γραμμές που εμφανίζονται στο φάσμα του ήλιου και των άλλων άστρων; 5

3 Δραστηριότητα 2 η Σχεδιασμός ενός πειράματος που να προσδιορίζει ποιο χημικό στοιχείο περιλαμβάνεται στο φάσμα ενός αστέρα. Στο στάδιο αυτό η ομάδα σας έχει επιφορτιστεί με τον πειραματικό προσδιορισμό ενός από τα στοιχεία που περιλαμβάνονται στην ατμόσφαιρα ενός άστρου του οποίου το φάσμα φαίνεται παρακάτω: Στον πάγκο εργασίας σας υπάρχουν τα απαραίτητα υλικά για το πείραμα σας δηλαδή: ένα φασματοσκόπιο, ένα τροφοδοτικό και τέσσερις λυχνίες Geissler των στοιχείων H 2, He, Hg, Ne. Θα πρέπει λοιπόν να σκεφτείτε ένα πείραμα με το οποίο θα διερευνήστε ποιο από τα τέσσερα αυτά στοιχεία υπάρχει στην ατμόσφαιρα ενός άγνωστου αστέρα του οποίου το φάσμα απορρόφησης φαίνεται στην παρακάτω εικόνα: 1. Μπορείτε να περιγράψετε μια μέθοδο προσδιορισμού του τρόπου με τον οποίο θα βρείτε σε ποιο χημικό στοιχείο ή στοιχεία αντιστοιχούν οι σκοτεινές γραμμές που φαίνονται στο παραπάνω φάσμα;. 2. Ποιο μέγεθος πρέπει να μετρήσετε; Φτιάξτε έναν πίνακα με τις πληροφορίες που χρειάζονται για να κάνετε τους υπολογισμούς σας ΠΙΝΑΚΑΣ 1 Α/Α Λυχνία 1 Hg 2 He 3 H 2 4 Ne 6

4 3. Καταμερισμός των αρμοδιοτήτων / εργασιών στα μέλη της ομάδας (κατακερματισμός ρόλων, ποιος κάνει τι).. ΠΙΝΑΚΑΣ 2 ΟΜΑΔΑ: Μέλος 1: Μέλος 2: Μέλος 3: Μέλος 4: Αρμοδιότητες /Εργασίες Γραμματέας (Καταγραφή μετρήσεων) Χειριστής (τροφοδοτικού λυχνιών) Συντονιστής - Ακαδημαϊκός βοηθός Υπεύθυνος εργασίας Διαμεσολαβητής (Συγκεντρώνει απορίες, κατανέμει υλικό) Μέλος 5: Παρουσιαστής Διευκρίνιση: 1. Η παραπάνω δραστηριότητα αποτελεί απλοποίηση της μελέτης που κάνουν οι αστροφυσικοί σε σχέση με την μελέτη των φασμάτων των αστέρων, μια και υπάρχουν άλλα φαινόμενα τα οποία επιδρούν, π.χ φαινόμενο Doppler για την ανίχνευση της ταχύτητας του αστεριού, ή και επιπλέον πληροφορίες τις οποίες δεν έχουν υπόψη τους οι μαθητές όπως την κατανομή των αστέρων με βάση τους φασματικούς τους τύπους (Oh Be A Fine Girl Kiss Me) 2. Θα πρέπει πάντα να έχετε στο μυαλό σας ότι γραμμικά φάσματα απορρόφησης δίνουν τα αέρια ή οι ατμοί. Αποτελούνται από ένα συνεχές φάσμα στο οποίο υπάρχουν σκοτεινές γραμμές. Έτσι, αν μεταξύ μιας φωτεινής πηγής που εκπέμπει λευκό φως και της σχισμής του φασματοσκοπίου παρεμβάλουμε αέριο ενός στοιχείου, τότε στο συνεχές φάσμα του λευκού φωτός του λαμπτήρα θα παρατηρήσουμε σκοτεινές γραμμές, στις θέσεις ακριβώς εκείνες που θα εμφανίζονταν οι φωτεινές γραμμές του φάσματος εκπομπής του ίδιου αερίου. 7

5 ΟΔΗΓΙΕΣ Για τη σωστή τοποθέτηση των λυχνιών ακολουθούμε την παρακάτω πορεία: Κρατώντας τη λυχνία παράλληλα προς την κάτω υποδοχή λυχνιών και από το φαρδύτερο τμήμα της, τοποθετήστε την στην κάτω υποδοχή. Πιέστε τη λυχνία μέσα στην υποδοχή και κρατώντας την πιεσμένη στρέφουμε την υποδοχή στην κατακόρυφη θέση. Αφήνουμε την λυχνία, με προσοχή, να ανασηκωθεί από τα ελατήρια πίεσης της υποδοχής ώστε να εισέλθει και στην πάνω υποδοχή του τροφοδοτικού. Τοποθετήστε το διακόπτη λυχνιών στη θέση ΛΥΧΝΙΑ ΑΕΡΙΟΥ. Τοποθετήστε το γενικό διακόπτη στη θέση ON και στρίψτε το ρυθμιστή φωτεινής έντασης προς τα δεξιά ώστε η λυχνία να φωτοβολεί έντονα. Τοποθετήστε τη σχισμή του φασματοσκοπίου σε απόσταση 1cm από τη λυχνία. Κατά την αλλαγή των λυχνιών πρέπει να κλείνεται πάντα ο διακόπτης ON-OFF του τροφοδοτικού και κατά την διάρκεια της Άσκησης να μην ακουμπάμε τη λυχνία γιατί η τάση τροφοδοσίας της είναι πολύ μεγάλη. 8

6 Δραστηριότητα 3 η Η ομάδα υλοποιεί την πειραματική διαδικασία Η ομάδα σας είναι έτοιμη να πραγματοποιήσει το πείραμα που έχει σχεδιάσει και στην συνέχεια θα προχωρήσει στην σύνταξη του πίνακα:. ΠΙΝΑΚΑΣ 3 Α/Α Λυχνία 1 Hg 2 He 3 H 2 4 Ne Η ομάδα διατυπώνει τα συμπεράσματα της Για το αέριο που επιλέξατε ζωγραφίστε με τα έγχρωμα μολύβια τις γραμμές που βλέπετε: 9

7 Δραστηριότητα 4 η Εργασία για το σπίτι Συμπληρώνουμε τον παρακάτω πίνακα που αφορά τις διαφορές ενέργειας μεταξύ των ενεργειακών σταθμών του H 2 και τα μήκη κύματος των φωτονίων που εκπέμπονται όταν έχουμε μετάπτωση από την μία στάθμη στην άλλη: ΑΡΧΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ηλεκτρονίου (ev) ΤΕΛΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ηλεκτρονίου (ev) Πίνακας 4 Εα-Ετ ηλεκτρονίου (ev) ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ φωτονίου (Hz) ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ λ(nm) Ε 6 = -0,38 Ε 2 =-3,4 Ε 6 -Ε 2 = f 6,2 = Ε 5 = -0,54 Ε 5 -Ε 2 = f 5,2 = Ε 4 = -0,85 Ε 4 -Ε 2 = f 4,2 = Ε 3 = -1,51 Ε 3 -Ε 2 = f 3,2 = Συγκρίνουμε τα μήκη κύματος των γραμμών του φάσματος από τον πίνακα 3 με τα μήκη κύματος των ακτινοβολιών που υπολογίσαμε θεωρητικά στον πίνακα 4 και προσδιορίζουμε σε ποια μεταπήδηση του ηλεκτρονίου οφείλεται η κάθε γραμμή του φάσματος του H 2 ΠΙΝΑΚΑΣ Α/Α Χρώμα λ nm ΔΕ ev n αρχ n τελ Γιατί φαίνονται μόνο αυτές που σημειώσατε; Θα μπορούσατε να παρατηρήσετε, με το ίδιο φασματοσκόπιο, την ακτινοβολία που εκπέμπεται κατά την μετάπτωση ηλεκτρονίου στο άτομο του H 2, από την τροχιά με κβαντικό αριθμό n=2 στην τροχιά με κβαντικό αριθμό n=1; 10

8 11

9 The mascil project has received funding from the European Union s Seventh Framework Programme for research, technological development and demonstration under grant agreement no mascil project (G.A. no ), lead partner: University of Education Freiburg; CC BY_NC_SA 4.0 license granted Original idea of this task: Mascil Team The Netherlands