1. 실험 목표

The Balmer series of Hydrogen

1. 실험 목표

a. 수소 원자의 스펙트럼 관찰 b. Balmer series 의 파장 측정 c. Rydberg constant 측정

2. 원리

가시 광선 영역에서 수소 원자의 스펙트럼은 _, _, _ 이다. 이 선들은 자외선 영역까 지 확장되는 완전한 series를 따른다. 1885년 Balmer에 의해서 아래의 실험공식이 자주 쓰 이기 시작했다.

 _∞



  ^





(Ⅰ)

_∞   · ^^{ } : Rydberg constant

후에 Balmer 공식은 Bohr atom model의 (see Fig.1) 기초가 되었다.

Fig. 1 the Bohr atom model of hydrogen with transitions from the Balmer Series

실험에 의해서 방출 스펙트럼은 수증기로 가득한 Balmer lamp에 의해서 여기 된다. 물 분 자는 여기된 수소와 수산기 그룹의 전기적 방전에 의해 분해된다. _, _, _ 의 파장은 저분해능 에돌이에 의해 측정된다. 에돌이의 처음 부분에서 파장  와 관측각  사이의 관 계는 다음과 같다.

   · sin (Ⅱ) d : grating constant

측정된 값을 Balmer formular(I)으로 계산한 값과 비교한다.

3. 기구 및 장치

1 Balmer lamp

1 power supply unit for Balmer lamps 1 copy of a Rowland grating

1 holder with spring clips 1 lends, f= +50mm 1 lends, f= +100

1 adjustable slit 1 translucent screen 1 small optical bench 1 stand base, V-shape 28cm 6 Leybold multiclamps 1 steel tape measure, 2m

4. 실험설치

1) Remark :

스펙트럼선은 완전히 어두운 방에서 측정되어야 한다. 실험 설치는 Figs. 2와 3 에서 잘 보여주고 있다.

Fig. 2 Experimental setup for studying the Balmer series of atomic hydrogen (the figures indicate the positions of the left edges of the multiclamps on the optical bench).

a : Balmer lamp d : imaging lens f = 100 mm b : imaging lens f = 50 mm e : grating

2) Mounting :

a. 만약 필요하다면, 설명서에 명시된 대로 Balmer lamp를 고정시켜라.

b. small optical bench를 설치하고 Leybold multiclamps를 Fig.2 처럼 고정시켜라.

c. optical bench위에 Balmer lamp를 고정 시키고 power supply를 연결하고 스위치 를 켜라.

d. two lenses를 고정시키고, adjustable slit holder with spring clips의 높이를 정렬해라.

e. translucent screen을 Fig 3처럼 고정시켜라.

Fig. 3 Detail drawing with Rowland grating and translucent screen

3) Fine adjustment :

a. Leybold multiclamps의 수직 변위를 조정해서 Balmer lamp의 광학축과 정렬하여라.

b. Lends를 f=50mm에 놓고, Balmer lamp가 adjustable slit에 뚜렷하게 맺혀 질 때까지 광학축을 평행하고 수직적으로 하여라.

c. lends의 변위 f=100mm 일 때 translucent screen 에 이미지가 뚜렷해진다.

5. 실험방법

a. copy of a Rowland grating를 빛이 지나는 길에 위치 시킨다.

b. 실험 장소는 완전히 어두워야 하고, translucent screen를 통해서 관측한다.

c. separate lines이 스크린을 통해 가시화 될 때까지 adjustable slit 을 좁혀라

d. 만약 필요하다면, 원하지 않는 Balmer lamp빛이 cardboard에 생기지 않도록 masking plate을 이용해서 막는다.

e. 스크린의 0점과 lines사이의 거리 b를 측정한다.

f. Rowland grating과 translucent screen 사이의 거리 a를 측정한다(Fig. 3참조).

Distance of the grating a :

multiclamp 1 – multiclamp 2 : _   mm middle of handle – edge of holder : _   mm Rowland grating : _   mm translucent screen : _   mm

6. 실험 값 및 결과 예

1) Distance of the lines:

Table 1 : screen의 0점과 lines사이의 거리 b (격자 상수    mm^{ })

 mm

Color left Right

Red 121 123

Tourquoise 89 87

blue 78 76

Fig. 4 First order diffraction at a grating.

2) Evaluation

- 격자 상수 :   

   

- 격자 거리(Fig. 3 참조) :   _  _  

_

 _   

- Fig. 4 에서 : sin  ^^ ^



- 식 Ⅱ에 의해 :    · ^_^_{ }^

 또는   

· 

^^ ^

 : 진공에서의 빛의 속도

Table2 : 관측된 선들의 진동수와 파장

Color line  nm  THz 

 

^



Red _ 658 456 0.1389

Tourqoise _ 493 608 0.1875

blue _{ 436 688 0.2100}

실험에 의해 측정된 _^, _^, _ 선의 진동수와 파장은 table 2에 잘 나타나 있다.

Fig. 5는 

 

^

 의 함수로 진동수 점들을 나타냈다. 그래프에 나타낸 직선에서 경사도

는    ·^^{ } 이다. 이 값은 강의에서 많이 보아 왔던 Rydberg constant 와 매 우 흡사하다.

Fig. 5 Frequencies  as a function of 

 ^

