Determinación de la Longitud de Onda del Espectro de Mercurio, Hidrogeno y Helio

Experiencia N° 6

Determinación de la Longitud de Onda del Espectro de Mercurio, Hidrogeno y Helio

14/06/2012

RESUMEN

En este experimento se busca determina la longitud de onda del espectro de mercurio, hidrogeno y helio mediante un espectrómetro el cual mide el ángulo en que es emitido el espectro de la lámpara de mercurio, hidrogeno y helio, con este ángulo podemos determinar su longitud de onda despejándola de la formula n = D sen θ. Este resultado se comprueba con la longitud de onda teórica y así poder determinar a que colores pertenece la longitud de onda determinada. .

I. OBJETIVOS

1. Determinar la longitud de onda de un espectro de mercurio, helio e hidrogeno utilizando una red de difracción en un espectrómetro de prisma.

II. MARCO TEÓRICO

Desde el siglo XVII sabemos, con los trabajos de Newton y Huygens, que la radiación luminosa, la luz, se desvía al atravesar un medio de densidad distinta, como el agua. Sufre una dispersión. Resulta que sus componentes se desvían con diferente ángulo, por lo que al salir del medio que atraviesan, salen las componentes separadas por distintos ángulos y se pueden identificar visualmente por los diferentes colores que muestran.

Así, cuando la luz blanca que procede del sol atraviesa gotas de lluvia, esta se desvía, y sus componentes, que son las de luz de color rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta, se separan formando el arco iris. Esto ocurre debido a que las componentes de la luz blanca del Sol, en desplazamiento general de 300000 km por segundo, tienen diferentes longitudes de onda.

La luz blanca procedente de nuestra estrella, el Sol, es la principal radiación que recibimos en nuestro planeta. ¿Cómo estudiar la radiación?

Lo podemos estudiar:

1. El espectro de la radiación.

2. Espectros de emisión y espectros de absorción.

3. La espectroscopia. Aparatos de medición.

La espectrometría óptica o espectroscopía es una rama de la ciencia que trata de la radiación luminosa que emiten los cuerpos, y su utilidad se extiende hoy en día desde la astronomía, hasta la agricultura, pasando por la física y la química.

La espectrometría mide e identifica las diversas radiaciones luminosas individuales que forman la luz, es decir, su espectro de frecuencias (ya que es una radiación electromagnética a igual que las ondas de radio) y sus amplitudes respectivas.

Esta técnica tuvo sus antecedentes en 1670, en los trabajos que llevó a cabo Issac Newton sobre la naturaleza de la luz. El brillante físico inglés tal vez no fue la primera persona en descomponer la luz blanca mediante un prisma, pero sí fue el primero en darse cuenta del significado de tal fenómeno, asegurando que los colores resultante no eran producidos por el cristal del prisma, sino que en realidad eran componentes de la propia luz . Esta afirmación la demostró haciendo converger los colores en un sólo punto, que de nuevo aparecía blanco.

III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Materiales:

Una red de 300 [líneas/mm] = 3000 [líneas/cm].

Una fuente de luz (mercurio, hidrogeno y helio).

Un colimador.

Un disco graduado con vernier.

Un espectrómetro.

Método:

Tomamos el disco graduado con vernier, el colimador y el espectrómetro, los cuales se encuentran en un mismo instrumento, y lo colocamos frente a una fuente de luz (el colimador debe estar frente a la fuente de luz), luego ponemos la red entre el telescopio y el colimador, de forma tal que quede perpendicular al colimador, y por lo tanto perpendicular a la fuente de luz (esto es importante para una correcta lectura del espectro a través de la red).

Realizado lo anteriormente dicho, observamos por el telescopio y buscamos una luz blanca que será nuestro punto de referencia para hacer las mediciones. Si giramos el telescopio y miramos a través de él, encontraremos los espectros de primer orden, y si seguimos girando el espectrómetro veremos los de segundo orden, y así sucesivamente. El número de espectros visibles dependerá de la calidad de la red. En esta experiencia en general sólo estudiaremos espectros de primer y segundo orden.

La red de difracción consiste en un gran número de ranuras paralelas igualmente espaciadas sobre una lámina transparente (la que utilizamos en esta experiencia es de 3000 [líneas/cm], la cual es de regular calidad). Al conocer el número de líneas por centímetro podemos conocer la separación entre cada ranura al calcular el inverso de 3000 [líneas/cm], que en este caso es de 3,33×10-4 [cm/línea], valor que llamaremos D.

Al observar por el espectrómetro cuando se encuentra alineado con el colimador se verá una luz blanca y brillante, y a medida que giramos el espectrómetro se observarán los distintos espectros, como se muestra en la siguiente figura:

IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Resultados:

Cuadro I. Datos Teóricos.

Color [nm]

[nm] promedio

Violeta 390-455 422.5

Azul 455-492 473.5

Verde 492-577 534.5

Amarillo 577-597 587.0

Naranja 597-622 609.5

Rojo 622-780 701.0

Cuadro II. Datos obtenidos experimentalmente para la lámpara de mercurio.

N (Der)

(nm)

Color

1 7.5 434.7 Violeta

1 8.5 492.2 Verde oscuro

1 9.5 549.6 Verde claro

1 10.3 595.4 Amarillo

1 12.3 709.4 Rojo

2 15.5 444.9 Azul

2 17.8 508.9 Verde

...