[현대물리학 실험] 미세구조와 1-전자 스펙트럼 : 잘 알려진 He의 스펙트럼선을 이용하여 회절격자분광계를 교정한 후 Na 스펙트럼선의 파장을 구한 다음 미세구조 splitting을 구한다.

소개글

[현대물리학 실험] 미세구조와 1-전자 스펙트럼 : 잘 알려진 He의 스펙트럼선을 이용하여 회절격자분광계를 교정한 후 Na 스펙트럼선의 파장을 구한 다음 미세구조 splitting을 구한다.에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 관련개념
2. 실험 원리
3. 실험목적
4. 기구 및 장치
5. 실험과정
6. 이론
7. 실험방법
8. 실험결과
9. 검토

본문내용

긴쪽간의 차이는 micrometer screw를
가된다.
Fig. 3: Spectrum of sodium
7. 실험방법
1) He 스펙트럼로부터 격자상수 구하기.
① 회절격자분광계를 아래와 같이 설치한다.
② scope를 돌리면서 분광된 색에 따른 각도를 측정한다.
③ 파장()에 따라 의 변화를 그래프로 그린다.
④ 그래프의 기울기를 구하고, 기울기로부터 격자상수 를 구한다. (기울기의 역수)
2) Na 스펙트럼 결정과 미세구조 splitting 구하기
① 광원을 Na로 바꾼다.
② 실험 1)과 같은 방법으로 스펙트럼을 결정한다.
③ 2차 스펙트럼의 yellow D-line의 두 각을 측정한다.
④ 측정한 두 각을 식(1)에 대입하여 각각의 파장을 구한다.
⑤ ④에서 구한 파장들을 이용하여 splitting을 구한다.
8. 실험결과
(1) He 스펙트럼로부터 격자상수 구하기. ( 1/d = 600 line/mm를 사용하였음.)
분광색
파장(이론값)
회절각
기울기
red
667.8nm
24°
0.407
yellow
587.6nm
22°
0.375
green
501.6nm
21°
0.358
bluish green
471.3nm
17°
0.292
blue
447.1nm
16°
0.276

He 스펙트럼의 파장에 따른 의 변화 그래프 !!
그래프의 평균 기울기를 구하면,
이 되고, 기울기의 역수인 격자상수 는
오차!!
이론값 실험값
; ;
이론값 실험값
; ;
*실험치의 기울기로부터 구한 격자상수 d는 이론치 d와 거의 일치한다.
(2) Na 스펙트럼 결정과 미세구조 splitting 구하기
의 회절결자를 사용하므로 격자상수 는 아래와 같은 이론값을 가진다.
각각의 분광선에 대한 회절각은 다음의 <표 3> 같이 측정되었고, 파장은 (식-1)로부터 나타낸 아래의 식에 대입하여 <표 3> 과 같이 구하였다.
(식-3)
분광색
회절각
파장
red
22.1°
627.0nm
yellow
21.1°
599.9nm
yellowish green
20.3°
578.2nm
green
18.4°
526.1nm
blue
17.7°
506.7nm
다음은 1차 스펙트럼에 대해 측정한 회절각과 파장을 나타낸 표이다.

ⅰ) 2차 스펙트럼에서 Na D-line의 짧은 파장쪽은 46.3°의 회절각이 측정되었고, 이것을
(식-3)에 대입하면,
ⅱ) 2차 스펙트럼에서 Na D-line의 긴 파장쪽은 46.4°의 회절각이 측정되었고, 이것을 (식-3) 에 대입하면,
가 된다.
진동수로 나타내면,
가 된다.
(식-4)가
이므로, 를 대입하면,
위의 결과를 볼 때 의 전자가 처음에너지 로 되돌아갈 때 방출하는 광자의 진동수는
이고, 방출하는 에는지는
와 같은 결과를 얻었다.
9. 검토
이번 실험에서 2차 스펙트럼의 D-line를 측정하려면 입사 광원을 아주 가늘게 해야 하고, 이 때 분광계를 사용함에 있어서 십자선이 너무 굵어서 입사하는 광원을 아주 좁게 하면 기준을 잡을 때 조금 힘이들었습니다.
이 실험은 광원(He램프 ,Na램프)의 위치에 따라 빛이 들어오는 각이 달라져서 휘어지는 각과 빛의 굵기가 달라지는 것을 발견하였고, 최대한 광원이 입사하는 각이 수직하게 광원을 조정하였습니다.
그리고 회절격자와 각에 따라 색의 위치를 보고 격자의 위치를 잡았고, cross hair를 정확히 맞추기 위해 너무 오래 동안 보고 있으려니 눈이 너무 아팠습니다.
스펙트럼의 색을 볼 때 수은은 그런데로 잘 보였지만, 나트륨은 파장이 짧은 쪽이 잘 안보이고 희미한 선으로 보이는 경우도 있었습니다.
그래서 각을 정할 때 오차가 난 것 같습니다.
특히 빨강색에 오차가 나는 것을 볼 수 있는데 빨강색 선이 제일 많이 보였습니다.
수은보다 나트륨에서 전류를 흘러 여기 상태에서 가는 선을 더 많이 보이는 것으로 보아 분해능과도 관련되는 점을 찾아 볼 수 있습니다.
2차 스펙트럼에서 Na D-line의 짧은 파장 쪽을 측정하는 각도와 2차 스펙트럼에서 Na D-line의 긴 파장쪽을 측정하는 각도의 차가 0.1°의 차이보다 미세하다는 것은 눈으로 관찰할 수 있었습니다.
하지만 스펙트럼 분광계의 각도계는 0.1°이하의 미세한 각은 측정할 수 없었습니다.
2차 스펙트럼의 짧은 파장쪽과 긴 파장쪽의 각도차가 0.1°보다는 작았기 때문에 많을 오차를 포함하지만 각도차를 0.1°로 놓았기 때문에 눈 어림작으로 대략 0.05정도의 각도차가 났는 것 같았습니다.

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전자 스펙트럼,   미세구조,   현대물리학 실험,   스펙트럼,   분광계,   이중선,   미세구조와 1-전자 스펙트럼