Universidade Federal de GoiásEscola de Engenharia Elétrica e ComputaçãoLaboratório de Física Moderna

Espectroscopia com rede de difração em Gases Elementares

Autores: Arthur Weider Gomes Garcia Emely Kely de Souza Gomes Franklin Calixto do Nascimento

Goiânia, 2011

1.Objetivos

O objetivo do experimento é estudar a faixa espectral dos omprimento de onda de difraçao nas lâmpadas de Hélio e de Sódio.Depois ocorrerá a comparação entre os valores obtidos empiricamente e a tabela dos níveis de energia. No final, deve-se descobrir a constante da rede de difração utilizadas.

2.Teoria e Introdução

O experimento realizado trata sobre a emissão do espectro de luz do Sódio e do Hélio.

Para o primeiro experimento realizado, em que o espectro do Hélio(He) é observado, a luz incide em uma fenda e é difratada. A partir de um dispositivo de medição(Vernier) pode-se observar os ângulos de difração para as raias de primeira ordem do espectro do visível do Hélio.

Cada raia possui uma angulação distinta, dependente da constante de rede de difração e do comprimento de onda da luz visível.

Partindo do valor do ângulo observado, da ordem da raia e do comprimento de onda da raia, pode-se determinar o valor da constante de rede de difração.

Já no segundo experimento realizado, observa-se o espectro de emissão do Sódio(Na), que difratada da mesma forma que a luz de Hélio. Nesse momento, o objetivo é a medição dos ângulos de difração das raias de segunda ordem para o dubleto amarelo. Com os ângulos de difração, pode-se determinar os comprimentos de onda de cada raia, já que a ordem da raia e a constante de rede de difração são conhecidos.

3.Parte Experimental

Parte1: Lâmpada de Hélio.A equação que rege o espectometro de rede de difração é dada a seguir

mλ = d senϴ Os valores tabelados da relação entre os comprimentos de onda e a

cor de cada raia do hélio, e os valores obtidos de ϴ e de sinϴ é dada a seguir

e com esses valores, pode-se montar um gráfico de sen() em função de :

A equação da curva é dada por

sinϴ = (6.02E5)λ + (2.9581E-3)

Esta curva possui coeficiente angular de 6.02 E5, logo pela equação do espepctometro d=1661.12. Pode-se calcular o numero de linhas por milímetro da rede, que é de 601.99, apresentando um erro de 0.33% em relação ao valor fornecido pelo fabricante, que é 600.

Parte dois: lâmpada de SódioNa segunda parte do experimento, foi usado uma lâmpada de sódio.O

objetivo de estudo são os ângulos relativos as raias na segunda ordem.Medindo os valores de λ e de ϴ, calculamos o valor de sinϴ e usando da equação que rege o espectometro com m=2 e d=600 , podemos montar uma tabela, apresentada a seguir

sinθ

0,7456 223,68

0,7512 225,36

Através dos dados da tabela, vemos que o comprimento de onda de

225,36 corresponde a transição do nível 5p para o 2s.A partir desses dados, a separação do dubleto amarelo do sódio é dado

por:

No roteiro, temos a equação de energia nas interações do elétron, dada por

onde

e

Para o átomo de Sódio, temos:Z=11; n=3; l=1; j=1,5; s=0,8 (nível 3p)

Substituindo os valores do sódio( Z=11; n=3; l=1; j=1,5; s=0,8)na equação de energia, obtemos o valor de ΔE = 2.057E-3 eV. Como o valor teórico é 2.1 E-3 eV, a diferença percentual é de 2.04%

3.Conclusão:

Foi possível o estudo da transição de elétrons nos níveis de energia de um elemento, através do seu espectro de difração e do estudo dos comprimentos de onda das raias e dos ângulos mostrados nessa análise.

Foi possível também a análise do dubleto do sódio, que é a transição do subnivel 3P para o 3S.

Os erros obtidos são causados por falhas na mensuração dos ângulos, devido a uma má leitura, e por erro n a calibração dos instrumentos.

5. Bibliografia consultada:

R. Eisberg, R. Resnick: Física Quântica. Editora Campus, Rio de Janeiro, Brasil, 1988.

Laboratório de Física Moderna; Disponível em: http://docentes.if.ufg.br/~rsantana/FisMod_ricardo.htm