ΑΣΚΗΣΗ 5. Ερωτήσεις προετοιμασίας (Να απαντηθούν στην εργαστηριακή αναφορά)

Transcript

1 ΑΣΚΗΣΗ 5 Ερωτήσεις προετοιμασίας (Να απαντηθούν στην εργαστηριακή αναφορά) 1. Χαρακτηρίστε τα παρακάτω φάσματα α) συνεχές β) γραμμικό γ) μετατοπισμένο λόγω Doppler δ) απορρόφησης ε) μη αναλυμένο δ) άλλο χαρακτηρίστε το 2. Από τις παρακάτω μεταβάσεις του ατόμου του υδρογόνου 52, 42, και 3 2, α) ποιά παράγει φωτόνιο με τη μεγαλύτερη ενέργεια β) ποιά παράγει φωτόνιο προς το ερυθρότερο μέρος του φάσματος; 3. Τί ειδος φάσματος θα δει ο παρατηρητής στα δεξιά;

2 4. Πώς συμπεριφέρονται τα άτομα του υδρογόνου στην εικόνα της Ερ. 3; α) μεταπηδούν από υψηλότερη σε χαμηλότερη στάθμη β) από χαμηλότερη σε υψηλότερη γ) δε γνωρίζουμε δ) δραπετεύουν από το αέριο υδρογονο ε) μεταπηδούν από χαμηλότερη σε υψηλότερη και στη συνέχεια από την υψηλότερη στη χαμηλότερη. 5. Το φως που παράγει ένα πυρακτωμένο σώμα αναλύεται από πρίσμα σε: γραμμικό φάσμα συνεχές φάσμα 5. Το γραμμικό φάσμα απορρόφησης προέρχεται από: φως λαμπτήρα πυράκτωσης αέριο χαμηλής πίεσης και θερμοκρασίας που φωτίζεται από ακτινοβολία συνεχούς φάσματος από θερμό αέριο 7. Το γραμμικό φάσμα εκπομπής: προκύπτει από την εκπομπή πυρακτωμένου σώματος αποτελεί την ταυτότητα αναγνώρισης ενός χημικού στοιχείου

3 Εργαστηριακή Αναφορά Σε όλα τα βήματα τα διαγράμματα και οι Πίνακες θα αριθμούνται και θα επικολλώνται ή επισυρράπτονται. Μέσα στο κείμενο θα υπάρχει αναφορά π.χ όπως φαίνεται από το Σχήμα Χ, όπως συμπεραίνουμε από τον Πίνακα Χ Σε όλα τα βήματα θα χαρακτηρίζετε τα φάσματα ως προς το ΕΙΔΟΣ τους: εκπομπής, απορρόφησης, γραμμικό, συνεχές και θα εξηγείται τον μηχανισμό δημιουργίας τους. ΜΕΤΑΒΑΣΗ από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως στα LEDs To lumen είναι ένα πρόχειρο μέτρο της συνολικής "ποσότητας" του ορατού φωτός, ή του εκπεμπόμενου ορατού φωτός από κάποια πηγή. Ο αριθμός των των lm από μια πηγή εξαρτάται επίσης από το φάσμα του, μέσω της ονομαστικής απόκρισης του ανθρώπινου ματιού όπως εμφανίζεται στη συνάρτηση φωτεινότητας (luminosity function).

4 Περιγράψτε την συσκευή που θα χρησιμοποιήσετε Πώς αναλύετααι το φως; Πώς ανιχνεύεται και καταγράφεται; Σε ποιο φαινόμενο βασίζεται η ανίχνευσή του; ΜΕΡΟΣ Α1. Φάσμα λυχνίας Cd Τα άτομα παραμένουν στην βασική τους κατάσταση συνήθως σε χαμηλές θερμοκρασίες. Σε υψηλότερες όμως θερμοκρασίες αρχίζουν προοδευτικά να διεγείρονται. Η ενέργεια που χρειάζεται στο καθένα για τη μετάβαση σε υψηλότερη ενεργειακή στάθμη, αντιστοιχεί στην ενεργειακή διαφορά των δύο σταθμών. Στο (Σχ. 1.1) φαίνεται το ενεργειακό διάγραμμα ενός ατόμου που από τη βασική του στάθμη Ε0 έχει τη δυνατότητα να διεγερθεί στις στάθμες με ενέργεια Ε3 ή Ε2 ή Ε1. Τα άτομα σε διεγερμένη κατάσταση δεν είναι ευσταθή και παραμένουν έτσι για πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Σε χρόνο 10-8 s αυθόρμητα επανέρχονται συνήθως στη βασική τους κατάσταση, χαμηλότερης ενεργειακής στάθμης, χάνοντας την επιπλέον ενέργεια. Την ενέργεια αυτή ΔΕ=Ετελ-Εαρχ με Ετελ>Εαρχ την αποκτά το παραγόμενο (εκπεμπόμενο) εκείνη τη στιγμή φωτόνιο (μηχανισμός εκπομπής φωτός) που έχει μήκος κύματος λ=hc/δε Λαμπτήρες εκκένωσης Παραδείγματα ήπιας μορφής διεγέρσεων ατόμων έχουμε π.χ. στις λυχνίες εκκένωσης αερίων ή ατμών στερεών και υγρών. Εκεί η διέγερση προκαλείται από την εφαρμογή υψηλής τάσης στα άκρα ηλεκτροδίων στο εσωτερικό των λυχνιών.. Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα περνάει μέσα από το χαμηλής πίεσης αέριο, τα ηλεκτρόνια που κινούνται ανάμεσα στα δύο ηλεκτρόδια συγκρούονται με άτομα του αερίου και τα διεγείρουν σε υψηλότερη ενεργειακή στάθμη. Όταν αυτά τα άτομα αποδιεγείρονται εκπέμπουν ορατή ακτινοβολία. Εάν εκπέμψουν φωτόνια της υπεριώδους ακτινοβολίας και η λυχνία έχει επιστρώσεις φώσφορου στο εσωτερικό της, τότε αυτές απορροφούν το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ενέργειας των φωτονίων και την εκπέμπουν ξανά ως ορατό φως.

5 Σημειώστε τις παρατηρήσεις για το φάσμα ή τα φάσματα που είδατε: (α) Αριθμός γραμμών (β) Το μήκος κύματος σε nm στο οποίο εμφανίζονται οι γραμμές (κατά προσέγγιση (σε ποια φασματική περιοχή) (γ) Χρώματα γραμμών (δ) Ένταση γραμμών (ποια ή ποιες ήταν οι πλέον έντονες;) ΕΙΔΟΣ Πώς δημιουργείται; Γιατί είναι διαφορετικό στην αρχή ; Γιατί οι γραμμές έχουν διαφορετική ένταση; ΜΕΡΟΣ Α2. ΦΑΣΜΑ LEDS Ένα LED ((LED, Light Emitting Diode=φωτοδίοδος) είναι μία απλή επαφή pn, θετικών και αρνητικών φορτίων που δημιουργείται από ένα ημιαγωγό νοθευμένο δηλαδή με p = Υλικό νοθευμένο με αποδέκτες. n = Υλικό νοθευμένο με δότες. Ένας ημιαγωγός τύπου n μπορεί να προκύψει αν σε έναν κρύσταλλο πυριτίου (4 άτομα στην εξωτερική του στιβάδα) ενσωματώσουμε άτομα αρσενικού (5 ηλεκτρόνια στην εξωτερική του στιβάδα). Στους ημιαγωγούς τύπου p οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι οι περίφημες οπές. Ένας τέτοιος ημιαγωγός μπορεί να προκύψει αν για παράδειγμα σε έναν κρύσταλλο πυριτίου ενσωματώσουμε άτομα γαλλίου (διαθέτει 3 άτομα στην εξωτερική του στιβάδα). Σε μια επαφή pn σε μία περιοχή υπάρχουν πολλά ηλεκτρόνια αρνητικό φορτίο και στην άλλη πολλές «οπές» όπως λέγονται στα ηλεκτρονικά, δηλαδή απουσία ηλεκτρονίων. Αν στην άνοδο της το θετικό άκρο της, αυτό που έχει περισσότερα αρνητικά φορτία εφαρμόσουμε θετική τάση, τότε θα περάσει από μέσα της ένα ρεύμα με φορά προς την άλλη επαφή, την κάθοδο. Όταν όμως εφαρμόσουμε μία αρνητική τάση τότε, λόγω του αρνητικού φορτίου, δεν θα αφήσει να περάσει το ρεύμα από μέσα της. Έτσι, δεν θα λειτουργήσει (και άρα δε θα παράγει φως). Το χρώμα του φωτός που εκπέμπεται εξαρτάται από την χημική σύσταση του ημιαγώγιμου υλικού που χρησιμοποιείται, και μπορεί να είναι υπεριώδες, ορατό ή

6 υπέρυθρο. Το μήκος κύματος του φωτός που εκπέμπεται, και, κατά συνέπεια, το χρώμα του, εξαρτάται από το χάσμα ενέργειας των υλικών, τα οποία χρησιμοποιούνται για την δημιουργία του περάσματος p-n. Η ενέργεια των εκπεμπόμενων φωτονίων, hv, ισούται κατά προσέγγιση με το ενεργειακό χάσμα E g E g = E φωτονίου = h v μεταξύ της ζώνης σθένους και της ζώνης αγωγιμότητας του (ή των) ημιαγωγού. Σχήμα: Πηγή Wikipedia (By User:S-kei - File:PnJunction-LED-E.PNG, CC BY-SA 2.5, ΠΙΝΑΚΑΣ ΓΙΑ LEDS ΧΡΩΜΑ LED t (ms) λmax(nm) Δλ=λmax-λmin (nm) Χρωματική περιοχή ΣΧΟΛΙΑ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Χαρακτηρίστε τα φάσματα ως προς το ΕΙΔΟΣ τους: εκπομπής ή απορρόφησης, γραμμικό ή συνεχές και εξηγείστε τον μηχανισμό δημιουργίας τους. Συμφωνεί, το χρώμα του πλαστικού καλύμματος του LED με το χρώμα εκπομπής του; Ποιος είναι ο λόγος παρουσίας του; Να συγκρίνετε την παραγωγή φωτός συγκεκριμένου χρώματος με την αντίστοιχη διαδικασία στο Β1.

7 ΜΕΡΟΣ Β1. Λαμπτήρας πυρακτώσεως, φίλτρα και plexiglass Τί φάσμα έχει ο λαμπτήρας πυράκτωσης; Ποιό σώμα είναι υπεύθυνο για την εκπομπή φωτός; Από ποιόν νόμο περιγράφεται Ι (λ); Ποιά είναι η θερμοκρασία του ; Ποιοι είναι οι νόμοι που περιγράφουν την εκπομπή του μέλανος σώματος; Να κάνετε τη γραφική παράσταση με τη βοήθεια του Origin ή του Excell των παρακάτω τριών περιπτώσεων μέλανος σώματος: (α) το φάσμα εκπομπής του σώματος σας, αν θεωρηθείτε σε Τ=310 K, (β) του νήματος της λυχνίας πυράκτωσης σε T=3000 K, και (γ) της επιφάνειας του ήλιου για T=6000 K. Να εξηγήσετε τη μορφή των παραπάνω φασμάτων και να πιστοποιήσετε την ισχύ των νόμων του μέλανος σώματος. ΠΙΝΑΚΑΣ ΓΙΑ ΦΙΛΤΡΑ ΚΑΙ PLEXIGLASS ΕΙΔΟΣ ΠΗΓΗΣ t (ms) λmax(nm) Δλ (nm) ΛΑΜΠΤΗΡΑΣ ΦΙΛΤΡΟ ΚΟΚΚΙΝΟ ΦΙΛΤΡΟ ΚΙΤΡΙΝΟ ΦΙΛΤΡΟ ΠΡΑΣΙΝΟ ΦΙΛΤΡΟ ΜΠΛΕ Περιοχή I I o T PLEX PRASINO PLEX ΜΩΒ ΣΧΟΛΙΑ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΧΕΤ. ΔΙΕΛΕΥΣΗΣ ΓΙΑ ΚΟΚΚΙΝΟ λ(nm) Ι Ιο Τ

8 ΣΧΟΛΙΑ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Γραφική παράσταση πάνω στο διάγραμμα που εκτυπώνεται από το PC για σύγκριση. Γιατί εμποδίσαμε το φως να πέσει στη σχισμή του φασματοφωτομέτρου κατά τη διαδικασία; ΜΕΡΟΣ Γ : Φάσματα από έγχρωμα υγρά ΠΙΝΑΚΑΣ ΓΙΑ ΧΡΩΜΑΤΙΣΤΑ ΥΓΡΑ ΧΡΩΜΑ t (ms) λmax(nm) Δλ (nm) Χρωματική περιοχή ΣΧΟΛΙΑ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Χαρακτηρίστε τα φάσματα ως προς το ΕΙΔΟΣ τους: εκπομπής, απορρόφησης, γραμμικό, συνεχές και θα εξηγείται τον μηχανισμό δημιουργίας τους. Όταν τοποθετείτε το κενό δοχείο, τι φάσμα λαμβάνετε; Περιγράψτε σε τι διαφέρει από το φάσμα της λυχνίας. Θα μπορούσαν τα έγχρωμα υγρά να χρησιμοποιηθούν για φίλτρα;