소개글
"Atomic Spectra"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 원리 및 이론
2. 실험 장비 및 방법
2.1. 실험 장비 구성
2.2. 실험 절차
3. 실험 결과
3.1. 나트륨 스펙트럼을 통한 회절격자 간격 측정
3.2. 수소 및 중수소 스펙트럼 분석
3.3. OSA를 이용한 수소 및 중수소 스펙트럼 확인
4. 결과 분석 및 토의
4.1. 나트륨 스펙트럼을 통한 회절격자 간격 측정 결과 분석
4.2. 수소 및 중수소 스펙트럼 분석 결과 토의
4.3. 수소 원자의 전자 에너지 준위 계산
5. 결론
5.1. 실험 결과 요약
5.2. 실험의 의의 및 한계
6. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
이 실험에서는 수은(Hg), 수소(H), 헬륨(He) 기체의 스펙트럼을 관찰하여 원자모형의 이론을 확인하는 것이다. 회절격자 분광광도계를 이용하여 각 기체의 스펙트럼을 측정하고, 스펙트럼 선의 파장을 분석하여 수소 원자의 전자 에너지 준위를 계산한다. 또한 나트륨의 스펙트럼을 이용하여 회절격자의 간격을 구하고, OSA(Optical Spectrum Analyzer)를 통해 수소와 중수소의 스펙트럼을 확인한다.
1.2. 실험 원리 및 이론
빛은 자기 자신만의 고유한 파장을 가지고 있다. 따라서 Bragg의 법칙 d sin θ = n λ에 따라 서로 다른 파장의 빛은 회절격자에서 각기 다른 각도로 회절하게 된다. 이때 가장 밝은 빛은 n=0인 경우로, 회절하지 않고 직진하는 상태를 나타낸다. 그 좌우로 발생하는 빛은 파장의 1배에 해당하는 보강간섭 파장이다. 따라서 n=1로 설정하여 각 스펙트럼선의 파장을 측정할 수 있다.
수소와 중수소는 화학적 성질은 동일하지만, 중수소가 수소보다 중성자 1개가 더 많은 동위원소이므로 질량과 밀도의 차이가 있다. 이에 따라 에너지 준위의 차이가 발생하지만, 최외각 전자의 개수가 같기 때문에 스펙트럼 선의 파장은 유사하게 나타난다.
수소 원자의 전자 에너지 준위는 E = -13.6 eV / n^2의 관계식으로 나타낼 수 있다. 여기서 n은 주양자수를 나타내며, 전자가 높은 준위에서 낮은 준위로 떨어질 때 방출되는 광자의 에너지는 ΔE = hc / λ로 계산할 수 있다. 따라서 측정된 스펙트럼선의 파장을 이용하면 전자가 쇠퇴한 초기 에너지 준위를 추정할 수 있다.
2. 실험 장비 및 방법
2.1. 실험 장비 구성
광원에서 발생한 빛은 Collimating slit을 통과하여 가늘고 수직인 빛이 만들어진다. 그 뒤, Collimating Lens를 통과하게 되는데 Collimating Lens의 역할은 빛을 평행하게 만들어 주는 것이다. 평행하게 진행하는 빛들은 Diffraction Grating으로 들어가 회절이 일어나게 된다. 이때 회절간격은 Collimating Slit에 비해 매우 작으므로 처음보다 훨씬 더 큰 각도로 회절이 일어나게 된다. 마지막으로 Focusing Lens를 통과하여 빛이 한 점으로 모이도록 해준다. 이렇게 한 점으로 모인 빛은 Light sensor로 들어가게 된다. Collimating slit의 간격과 Focus Lens의 거리를 조절하여 빛이 Sensor위치에 정확히 모일 수 있도록 조절하여 주어야 한다.
2.2. 실험 절차
광원에서 발생한 빛은 Collimating slit을 통과하여 가늘고 수직인 빛이 만들어진다. 그 뒤, Collimating Lens를 통과하게 되는데 Collimating Lens의 역할은 빛을 평행하게 만들어 주는 것이다. 평행하게 진행하는 빛들은 Diffraction Grating으로 들어가 회절이 일어나게 된다. 이때 회절간격은 C...
참고 자료
Halliday, Resnick, Jearl Walker. (2011). Principles of PHYSICS Extended 9th edition. WILEY.
BEISER, Arthur. (2003). Concepts of Modern Physics 6th edition. McGraw-Hill.
실험 과정_빛의 경로 / 현대물리 실험 매뉴얼 / 원자분광(Atomic Spectra) / 원자스펙트럼분석실험장치(OS-8539) page 1/ <그림 1>
실험 결과_중수소 / 현대물리 실험 매뉴얼 / 원자분광(Atomic Spectra) / 원자스펙트럼분석실험장치(OS-8539) page 4/ <사진 3>
분석 및 토의_나트륨 원자 궤도 / http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=869902&cid=42388&categoryId=42388 / <그림2>
현대물리학 / BEISER / 교보문고
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