ספקטרוסקופיה אופטית

‫ספקטרוסקופיה אופטית‬
‫ספרות‬
‫‪1. Hertzberg: Atomic Spectra and Atomic Structure, ch. 1,2.‬‬
‫‪2. Yariv A. Optical Electronics, Fourth Ed., ch 5‬‬
‫‪3. Condon and Shortley: Theory of Atomic Spectra, p. 141-147.‬‬
‫‪4. Brown, Earle B. Modern Optics, ch 8.‬‬
‫‪5. Striganov and Svenetitskii: Tables of Spectral Lines of Neutral and Ionized Atoms.‬‬
‫‪6. Bashkin S., Stoner J., Jr. Atomic energy levels and Grotrian diagrams‬‬
‫‪7. Wiese W.L, Smith M.W., Glennon B.M. Atomic Transition probabilities H through‬‬
‫‪Ne‬‬
‫‪8. Wiese W.L, Smith M.W., Miles B.M. Atomic Transition probabilities Na through‬‬
‫‪Ca‬‬
‫‪9. Moore C.E Atomic energy levels‬‬
‫‪10. M. J. Seaton. Quantum defect theory. Rep. Progr. Phys., 46:167-, 1983‬‬
‫)!‪(An article‬‬
‫מטרות הניסוי‬
‫א‪ .‬התנסות במכשיר מדידה מודרני בתחום הספקטרוסקופיה‪.‬‬
‫ב‪ .‬הבנת שימושים אחדים של ספקטרוסקופיה‪.‬‬
‫ג‪ .‬הדגמת תופעה של תורת הקוונטים על ידי מדידה במעבדה‪.‬‬
‫הכנה מוקדמת‬
‫א‪ .‬לימוד יסודות תורת הקוונטים ברמה בסיסית‪ ,‬במיוחד נושאים כ‪" -‬אטום מימן"‪ ,‬אטומים דמויי מימן‪ ,‬אטום‬
‫ההליום‪ ,‬אטומים של מתכות אלקליות‪ ,‬דפקט קוונטי‪ ,‬מבנה רמות כולל סינגלטים‪ ,‬דובלטים‪ ,‬טריפלטים וכו' ‪,‬‬
‫כללי בררה‪ ,‬וסימונים ספקטרוסקופיים‪ .‬יש להבין את מנגנוני הרחבת קווים ספקטרליים ותהליכים שקובעים‬
‫את חוזקם של הקווים‪.‬‬
‫ב‪ .‬לימוד הציוד בשימוש המעבדה לניסוי זה‪ .‬במיוחד יש להתמקד בספקטרומטר )להלן "מונוכרומטור"(‪,‬‬
‫במכפילאור ובמגבר )גלוונומטר(‪ .‬יש להבין את האופטיקה שבשימוש בניסוי‪ ,‬כולל ההשפעה של תת‪-‬רכיבים‬
‫בציוד‪ ,‬של התנאים הפיסיקליים בתוך המנורות הספקטרליות‪ ,‬ושל הפרעות חיצוניות למהלך הניסוי‪.‬‬
‫ג‪ .‬מקורות ללימוד הם‪:‬‬
‫‪ Hertzberg‬ו ‪ , Condon and Shortley‬להבהרת הנושא התיאורטי‪ .‬כעקרון‪ ,‬מספיק לקרוא את שני הפרקים הראשונים‬
‫של ‪ Herzberg‬אך המלצתנו היא לפחות "לדפדף" בשאר פרקי הספר‪ ,‬כי גם שם יש דברים רלוונטיים לניסוי‪.‬‬
‫‪2‬‬
‫ספר של ‪ , Brown‬כדי להבהיר נושאים קשורים למונוכרומטור‪.‬‬
‫הפרק בספר המעבדה הדן בהתנהגות מכפילאור‪.‬‬
‫תיאור הניסוי‬
‫התחלת הניסוי היא כמו בשאר ניסויי מעבדה ג' ‪ ,‬בחינה ע"י המדריך האחראי‪ .‬בבחינה זו תידרשו להפגין ידע‬
‫במערכת המדידה‪ .‬אם תעמדו בהצלחה בבחינה זו‪ ,‬ירשה המדריך את ביצוע הניסוי‪ .‬שימו לב‪ ,‬הציון שתקבלו עם‬
‫ביצוע הניסוי מורכב גם מהציון של הבחינה)שליש מציון הסופי(‪.‬‬
‫השלב הראשון של הניסוי הוא הבנה מעמיקה יותר של מערכת המדידה‪ .‬המונוכרומטור הנו קופסה שחורה במובן‬
‫שלא ניתן לכם לגעת בקרביו‪ .‬למרות זאת‪ ,‬קריאה מעמיקה של הספרות בנושא אופטיקה יסייעו לכם להבין את אופן‬
‫פעולתו ותפקיד החלקים השונים בו‪ .‬אחת הבעיות הראשונות עמה עליכם יהיה להתמודד היא כיול אורכי הגל‬
‫המתקבלים מהספקטרומטר‪ .‬אמנם‪ ,‬לכאורה יש "שעון" חיצוני המראה את אורך הגל היוצא מהמכשיר בכל מצב‪,‬‬
‫אך לא מומלץ להניח כי זהו אמנם אורך הגל הנכון‪ .‬הסיבות לכך הן שגיאות אפשריות בבניית המכשיר‪ ,‬יציאה‬
‫מכיול היצרן במשך השנים‪ ,‬שחיקה של חלקים מכניים‪ ,‬עוד‪.‬‬
‫כדי לכייל את אורך הגל‪ ,‬יעמדו לרשותכם שלשה עזרים‪ :‬לייזר של הליום‪-‬ניאון הפולט אור מונוכרומטי בעל אורך‬
‫גל של ‪ 632.8 nm‬מנורת נתרן גדולה ומנורת מימן )בלמר(‪.‬‬
‫מערכת הניסוי הבסיסית מוצגת בצורה סכמתית באיור מס' ‪.1‬‬
‫מחשב‬
‫מכפילאור ספקטרומטר‬
‫צמצם‬
‫מד‪-‬זרם‬
‫מנורה‬
‫שני סדק סדק‬
‫תריסים יציאה כניסה‬
‫איור ‪1‬‬
‫כתיבת הדו"ח‬
‫הכתיבה היא סיכום כל עבודה מדעית ויש לתת לזה את הדעת כבר בשלב תחילת הניסוי וביצוע המדידות‪ .‬למשל‪,‬‬
‫יש לנהל יומן ניסוי )‪ (logbook‬מסודר ומפורט ככל האפשר‪ ,‬ולא כתוב על דפים בודדים אלא במחברת המעבדה‪ .‬יש‬
‫לתעד היטב את הרישומים השונים‪ .‬לאופן ביצוע הניסוי ולניהול יומן הניסוי מסודר יש חלק בציון שהתקבלו על‬
‫ביצוע הניסוי‪.‬‬
‫יש להגיש דו"ח מודפס שצורתו כשל מאמר מדעי‪ .‬במילים אחרות‪ ,‬הדו"ח יתחיל בתקציר שמסכם את העבודה ואת‬
‫תוצאותיה בשלשה‪-‬ארבעה משפטים‪ .‬אחר כך יש לכתוב הקדמה שתסכם את הרקע התיאורטי בשניים‪-‬שלושה‬
‫עמודים‪ .‬תיאור מערכת המדידה‪ ,‬בנפח של כעמוד‪ ,‬יהווה מבוא לפרק "תיאור המדידות"‪ .‬בחלק זה יש להקפיד‬
‫להביא את כל המדידות עם שגיאות המדידה והסבר איך התקבלו שגיאות אלה‪ .‬בפרט‪ ,‬יש להביא טבלאות של קווים‬
‫ספקטרליים שנמדדו בכל הספקטרה )צורת הרבים הנכונה של "ספקטרום"( עם אורך גל נמדד‪ ,‬זיהוי החומר ומעבר‬
‫האנרגיה‪ ,‬כולל סימון ספקטרוסקופי של רמה עליונה ורמה תחתונה‪ ,‬ואורך גל מהספרות‪ .‬יש לכלול את כל הקווים‬
‫שבספקטרום‪ ,‬גם אלה שלא נמצא להם זיהוי‪ .‬יש להרבות בגרפים ואיורים כי "איור אחד שווה אלף מילים"‪ .‬החלק‬
‫‪3‬‬
‫של תיאור התוצאות יהיה בנפח מרבי של ‪ 10‬עמודים‪ .‬הדו"ח יסתיים בסיכום ודיון קצר בתוצאות‪ ,‬מסקנות‬
‫וביבליוגרפיה‪ .‬אחריו יבוא נספח שיכלול את כל הרישומים שהתקבלו בניסוי‪.‬‬
‫מערכת המדידה מורכבת מספקטרומטר ‪ Spectramate 1680B‬הנשלט ע"י המחשב‪ .‬כדי לבצע סריקה יש לקרוא‬
‫בחלון שבצד ימין של הספקטרומטר את מיקומו ההתחלתי ולהזין את נתוני הסריקה למחשב‬