Lab4 Spectrometer_CRU_Stu

Lab4 Spectrometer_CRU_Stu.doc ปฏบิ ัตกิ ารที่ 4 สเปกโตรมเิ ตอร์ (Lab 4: Spectrometer)วัตถปุ ระสงค์ 1. เพอ่ื ศึกษาการเกิดสเปกตรมั ของก๊าซร้อนผา่ นเคร่อื งสเปกโตรมิเตอร์อุปกรณ์ 1. โปรแกรมจาํ ลองการทดลองการศกึ ษาสเปกตรัมของก๊าซร้อน (VLab 04-Spectrometer.swf)ทฤษฎีเกรตตงิ (Grating) ในทางทศั นศาสตร์ (optics) เกรตตงิ เลีย้ วเบน (diffraction grating) คือ อปุ กรณท์ างแสงท่ีทาํ ให้คณุ สมบัตขิ องแสงทต่ี กกระทบมกี ารเปลยี่ นแปลงในลกั ษณะซ้าํ ๆ สม่าํ เสมอ ทาํ ใหแ้ สงท่ีสอ่ งผ่านหรือสะท้อนเกดิ การเลีย้ วเบนแล้วไปแทรกสอดกนั เกรตติงชนิดพน้ื ฐานท่ีสดุ ประกอบดว้ ยแถบทบึ แสงและโปรง่ แสงสลบั กนั ไป โดยมีระยะห่างระหวา่ งแถบเท่ากันตลอดรูปท่ี 1(a) แสดงภาพของเกรตติงแบบสอ่ งผา่ น (transmission grating) เกรตตงิ อกี ชนดิ หน่ึงคอื เกรตติงแบบสะท้อน(reflective grating) ผวิ ของเกรตติงชนิดน้จี ะมีลักษณะเป็นรอ่ งทมี่ รี ะยะห่างระหวา่ งร่องคงที่ รูปท่ี 1(b) แสดงตวั อย่างเกรตตงิ แบบสะทอ้ นและโครงสร้างทผ่ี วิ ของเกรตติง ซง่ึ ในการทดลองน้เี ราจะใชเ้ กรตติงแบบส่องผ่านเท่านน้ั (a) (b) รูปท่ี 1 ประเภทของเกรตตงิ (a) เกรตตงิ แบบสอ่ งผ่าน และ (b) เกรตติงแบบสะท้อน เมอื่ แสงขนานตกกระทบเกรตติงแบบสอ่ งผา่ น แสงท่เี ลีย้ วเบนผ่านเกรตตงิ จะไปแทรกสอดกนั ทําใหเ้ กิดเปน็ แถบมืด(แทรกสอดแบบหักลา้ ง) และแถบสว่าง (แทรกสอดแบบเสรมิ กัน) ทบี่ ริเวณต่างๆ บนฉาก ณ ถ้าแสงตกกระทบมคี วามยาวคล่ืน(λ) และระยะระหว่างช่องวา่ งของเกรตตงิ มขี นาด d เราจะเหน็ แถบสว่างบนฉาก ณ ตาํ แหน่งท่ีทํามุมกบั แนวกลาง θn ตามสมการท่ี (1) พิจารณารปู ท่ี 2 ประกอบ รูปที่ 2 การเลีย้ วเบนของแสงผ่านเกรตติง 1/8

Lab4 Spectrometer_CRU_Stu.docd sin θn = nλ (1)โดย n คอื ลําดับ (order) ของแถบสว่าง ซงึ่ มีค่าเปน็ 0, 1, 2,…. และตวั หอ้ ย n ของมุม θn เป็นการระบุว่ามมุ ท่ีกําลังกล่าวถึงนี้สอดคลอ้ งกับแนวการแทรกสอดลําดับใด การระบุระยะห่างระหว่างแถบทึบแสง (หรือแถบโปร่งใส) d ของเกรตตงิ หนึ่งๆ มักจะบอกด้วยปริมาณ จาํ นวนเสน้ของเกรตตงิ ต่อความยาว ตัวอยา่ งเช่น เกรตติงที่ระบุ 500 เส้น/เซนตเิ มตร หมายความว่า ทุกๆ 1 cm จะมีแถบทึบแสง (หรือแถบโปรง่ ใส 500 เส้น ดงั นัน้ ระยะ d = 1/500 cmสเปกตรมั ของแสง (Visible Spectrum) แสงเปน็ คลน่ื แม่เหล็กไฟฟ้าประเภทหน่งึ ตัวอย่างของคล่นื แม่เหล็กไฟฟา้ ประเภทอืน่ ๆ ได้แก่ อัตลาไวโอเลต (UV)อินฟราเรด (IR) คล่นื วิทยุ (Radio waves) ไมโครเวฟ (Microwave) และรงั สเี อกซ์ (X-rays) เป็นตนั การจาํ แนกประเภทของคลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้ามักทําโดยพจิ ารณาความยาวคลน่ื (หรือความถี่) ท่ีชว่ งตา่ งๆ ซง่ึ เรยี กว่า สเปกตรมั ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic spectrum) รปู ที่ 3 เปน็ แผนภาพแสดงสเปกตรมั ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในทุกช่วงความยาวคล่นื นอกจากน้ีเราจะเห็นได้วา่ แสงเปน็ คลนื่ แมเ่ หล็กไฟฟ้าท่มี ีความยาวคล่ืนอยู่ในชว่ ง 400-700 nm เป็นชว่ งที่ตามองเหน็ เรียงลําดบั จาก สมี ่วง (ความยาวคลื่นนอ้ ยท่สี ุด ~400 nm) ไปถึง สีแดง (ความยาวคลน่ื มากท่ีสดุ ~700 nm) ซึ่งเรียกรวมว่า สเปกตรัมของแสง (visible spectrum) รปู ท่ี 3 สเปกตรัมของคลนื่ แม่เหล็กไฟฟ้าสเปกโตรมิเตอร์ (Spectrometer) สเปกโตรมิเตอร์ เปน็ อปุ กรณท์ ัศนศาสตรส์ าํ หรับการวัดคณุ สมบตั ขิ องแสงในชว่ งความยาวคล่ืนเฉพาะคา่ หนึง่ ๆ ของสเปกตรมั ของคล่ืนแม่เหลก็ ไฟฟ้า อธบิ ายอยา่ งง่าย คือ สเปกโตรมิเตอรเ์ ปน็ อุปกรณซ์ งึ่ ทําหนา้ ที่แยกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกตามความยาวคล่นื ต่างๆ เพ่อื ชว่ ยใหก้ ารวิเคราะห์ศกึ ษาองคป์ ระกอบของสเปกตรัมหน่งึ ๆ ตวั อยา่ งของสเปกโตรมเิ ตอร์อย่างง่ายทส่ี ดุ ชนดิ หน่ึงคือ ปรซิ ึม (prism) ซึ่งเราทราบมาแลว้ ว่าแสงขาว (visible light) ประกอบไปด้วยแสงสตี ่างๆ (อย่างน้อยต้องประกอบด้วยแสงปฐมภูม)ิ ซึ่งในสภาวะปกติ ตาเราไมส่ ามารถแยกแยะแสงสที ั้งหลายที่รวมกนั เป็นสขี าวได้ แตเ่ มื่อแสงขาวเดนิทางผา่ นปรซิ มึ แสงสีต่างๆ จะหกั เหผ่านปริซึมดว้ ยมมุ ที่แตกต่างกัน เราจงึ เหน็ สตี า่ งๆ เป็นสีรุ้งนนั่ เอง จากสมการที่ (1) เราจะเหน็ ไดว้ า่ เกรตติงเลี้ยวเบนเองกม็ ีความสามารถในการแยกแยะแสงความยาวคลื่นต่างๆ ได้เช่นกัน เพราะเหตุนเ้ี กรตติงจึงสามารถนาํ มาใชใ้ นเครอื่ งสเปกโตรมิเตอรไ์ ด้ ลักษณะของสเปกโตรมิเตอร์ที่กล่าวน้แี สดงในรปู ที่4 ซง่ึ การวเิ คราะห์สเปกตรัมของแสงท่ผี า่ นเกรตตงิ ชว่ ยในการศึกษาสมบตั ขิ องแหล่งกาํ เนดิ แสงได้เปน็ อย่างดี 2/8

Lab4 Spectrometer_CRU_Stu.doc รูปที่ 4 เครอ่ื งสเปกโตรมเิ ตอรท์ ี่ใชเ้ กรตตงิ เลีย้ วเบนในการแยกสเปกตรัมของคลน่ื แมเ่ หลก็ ไฟฟ้าการคายพลงั งานจากอะตอม อะตอมของธาตุแต่ละชนดิ มโี ครงสร้างทีแ่ ตกตา่ งกนั ออกไปขึน้ อยกู่ ับชนิดของธาตุ สําหรับอะตอมท่ีเปน็ กลางทางไฟฟา้ จํานวนอเิ ลก็ ตรอนทโ่ี คจรอยูร่ อบๆ นวิ เคลียสในอะตอมจะมีจํานวนเท่ากับจาํ นวนโปรตอนในนิวเคลียส และอเิ ล็กตรอนเหล่านจี้ ะอยู่ทีร่ ะดบั ชั้นพลงั งานตา่ งๆกัน โครงสรา้ งของระดับชัน้ พลงั งานเป็นเอกลกั ษณข์ องธาตแุ ตล่ ะธาตุ นั่นคือ ระดบั ชน้ัพลังงานของอะตอมไฮโดรเจนจะมลี กั ษณะหน่งึ ที่แตกตา่ งไปจากระดบั ช้นั พลงั งานของอะตอมธาตุโซเดียม ออกซิเจน คาร์บอนและอะตอมของธาตอุ ื่นๆ เราอาจอาศัยแบบจําลองอะตอมของบอห์ร (Bohr’s atomic model) มาช่วยอธิบายระดบั ชั้นพลังงานของอะตอมได้ ดงั แสดงในรูปที่ 5 โดยระดับชั้นพลงั งานตํา่ สดุ เรยี กว่า “สถานะพื้น” (ground state) และอาจระบุหมายเลขระดบั ช้ันพลงั งานเปน็ n = 1 ระดับชั้นพลังงานถดั มาเรยี กว่า “สถานะกระตนุ้ ท่ี 1” (1st excited state) ระบุดว้ ย n= 2 ถดั ไปเปน็ “สถานะกระตนุ้ ที่ 2” (2nd excited state) ระบดุ ้วย n = 3 เป็นเช่นน้ไี ปเรอ่ื ยๆ (a) (b) รูปท่ี 5 (a) ระดับชัน้ พลงั งานของอะตอมตามแบบจาํ ลองอะตอมของบอหร์ (b) การเปลีย่ นระดบั ชน้ั พลงั งานของอะตอม ในกรณที อ่ี ิเล็กตรอนรอบๆ อะตอมหนึง่ ไดร้ บั พลังงานทเ่ี หมาะสม นั่นคอื มพี ลังงานพอดที ่จี ะเปลี่ยนระดับช้นั พลังงานได้ อิเลก็ ตรอนเหล่าน้นั จะรับพลังงานเขา้ มาแล้วยา้ ยตัวเองไปอยใู่ นระดับชนั้ พลังงานท่สี งู ข้ึน อย่างไรก็ตามอะตอมทเี่ สถียรจะต้องอยูท่ ่สี ถานะพ้ืน นั่นหมายความวา่ การที่อะตอมมีอเิ ล็กตรอนทสี่ ถานะกระตนุ้ ตา่ งๆ เปน็ อะตอมท่ีไม่เสถียร อะตอมจะมี 3/8

Lab4 Spectrometer_CRU_Stu.docการคายพลังงานสว่ นท่ีไดร้ บั เขา้ ไปน้ันออกมา ซง่ึ การคายพลังงานเกดิ จากการทอ่ี เิ ลก็ ตรอนยา้ ยตวั เองจากระดับชน้ั พลงั งานท่ีสงูลงมายังระดับชนั้ พลังงานทต่ี ํา่ กว่า (จนในท่ีสดุ ไปยังสถานะพื้น) รูปแบบของพลงั งานจากการทอี่ ะตอมคายพลังงานโดยการเปล่ียนระดบั ชัน้ พลังงานนี้ คือ พลงั งานของ “โฟตอน” (photon) หรืออาจกลา่ วได้อกี นยั หนึ่งก็คือ เมื่ออเิ ลก็ ตรอนมกี ารเปล่ยี นระดับชนั้ พลังงานไปยังระดับชั้นพลังงานทตี่ ่ํากว่า จะมกี ารปล่อยโฟตอนเกิดขน้ึ ควบค่ไู ปดว้ ยเสมอ ดงั แสดงในรูปท่ี 5(b) โฟตอน หมายถงึ ความเปน็ อนุภาคของแสง ดังนน้ั เม่ือเรากลา่ วถงึ โฟตอน หมายความว่าเราสนใจสมบตั ิความเป็นอนุภาคของคลน่ื แม่เหล็กไฟฟา้ โดยพลังงานของโฟตอน (E) ขึน้ กับความถี่ของคลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้า (ν) ดังนี้ E = hν = h c (2) λโดย h คือ ค่าคงที่ของพลงั ค์ มคี า่ เทา่ กับ h = 6.626x10-34 J.sและ c คอื อตั ราเร็วของคล่ืนแมเ่ หลก็ ไฟฟ้าในสุญญากาศ มคี ่าประมาณ c = 3.0x108 m/sเพราะฉะน้ันถา้ เราพิจารณาการเปล่ยี นระดับช้ันพลังงานของอิเล็กตรอนจากชั้น Ei ไปยังระดับช้ันพลังงาน Ef (ซึ่งมีพลังงานต่ํากว่า) พลงั งานของโฟตอนทีป่ ลอ่ ยออกมาจะมพี ลงั งานเท่ากับΔE = hν = h c = Ei − E f (3) λความถ่ี (ν) หรือความยาวคล่ืน (λ) ท่ีได้ย่อมมีค่าท่ีแตกต่างกันไปข้ึนอยู่กับความแตกต่างของชั้นพลังงานที่อิเล็กตรอนเปลี่ยนระดับชั้นเส้นสเปกตรัมของอะตอม จากการที่ได้กล่าวไปข้างต้น เนื่องจากโครงสร้างของระดับชั้นพลังงานของอะตอมมีความเป็นเอกลักษณ์ ความถี่(หรือความยาวคล่ืน) ของโฟตอนที่เกิดข้ึนจากการคายพลังงานของอะตอมแต่ละประเภทย่อมแตกต่างกันออกไปตามชนิดของอะตอมด้วย เราเรียกชุดความถี่ของโฟตอน (คล่ืนแม่เหล็กไฟฟ้า) ท่ีปล่อยจากอะตอมน้ีว่า “สเปกตรัมของอะตอม” (atomicspectra) ย่ิงไปกว่าน้ัน เนื่องจากความถี่ของโฟตอนมีค่าเท่ากับผลต่างระหว่างระดับชั้นของพลังงานภายในอะตอมซึ่งมีค่าเฉพาะเจาะจงเพียงบางค่าเท่านั้น ดังน้ันส่ิงท่ีเราจะสังเกตได้จากสเปกตรัมของอะตอมคือ จะมีความถี่เพียงบางค่าเท่านั้น เราเรียกสเปกตรัมท่ีมีเฉพาะบางค่าที่ไม่ต่อเนื่องเช่นนี้ว่า “เส้นสเปกตรัม” (line spectrum) กล่าวโดยสรุปคือ การวิเคราะห์เส้นสเปกตรัมของอะตอมว่าประกอบด้วยความถี่หรือความยาวคล่ืนใดบ้าง (ซึ่งในการทดลองนี้เราจะใช้สเปกโตรมิเตอร์) สามารถนํามาใช้อธิบายและบอกชนิดของอะตอมท่ีศึกษาได้ว่าเป็นอะตอมของธาตุใดโดยนําไปเทียบกับข้อมูลมาตรฐานที่มีอยู่ รูปท่ี 6แสดงเสน้ สเปกตรัมของอะตอมตา่ งๆ สงิ่ แวดลอ้ มและสถานะของอะตอมเป็นตัวแปรทสี่ ง่ ผลกระทบต่อลักษณะสเปกตรมั ทีป่ ลอ่ ยออกมาจากอะตอม ซึ่งการอธิบายผลกระทบต่างๆ นั้นต้องอาศัยทฤษฎีควอนตัมในการอธิบาย อย่างไรก็ตามวิธีหน่ึงในการลดผลกระทบอันเน่ืองมาจากสิ่งแวดล้อมให้มีค่าน้อยท่ีสุดคือ ทําการศึกษาสเปกตรัมของอะตอมในขณะท่ีอะตอมอยู่อย่างโดดเดี่ยวมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ดงั น้นั ในการทดลองเราจึงศกึ ษาสเปกตรัมของอะตอมทอี่ ย่ใู นสถานะกา๊ ซนั่นเอง 4/8

Lab4 Spectrometer_CRU_Stu.doc รูปที่ 6 เสน้ สเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจน (H) ฮีเลยี ม (He) และปรอท (Hg) ลักษณะของชุดทดลองเสมือนในการทดลองการศึกษาสเปกตรัมของก๊าซร้อนแสดงดังรูปท่ี 7 การใช้งานส่วนต่างๆของชุดทดลองเสมอื นชดุ น้ีมดี ังต่อไปนี้ รูปที่ 7 โปรแกรมจาํ ลองการทดลองการศึกษาสเปกตรมั ของก๊าซร้อน (VLab 04-Spectrometer.swf)หมายเลข 1 เกรตติง สาํ หรับการทดลองนใ้ี ชเ้ กรตตงิ แบบส่องผา่ น มีจํานวนเส้นต่อช่องเท่ากับ 600 เส้น/mm ผู้ทําการทดลองสามารถกดเมาส์และลากเพื่อติดตั้งหรือนําเกรตติงออกจากฐานเกรตติงบนเคร่ืองสเปกโตรมิเตอร์ได้ ผู้ทําการทดลองสามารถ 5/8

Lab4 Spectrometer_CRU_Stu.docวางเกรตติงไว้ที่บริเวณใดรอบๆ เคร่ืองสเปกโตรมิเตอร์ก็ได้ ผลท่ีเกิดข้ึนจากการมีหรือไม่มีเกรตติงจะปรากฎให้เห็นทันที่ในมมุ มองผา่ นกลอ้ งขยาย (หมายเลข 7)หมายเลข 2 กล้องส่อง (telescope) ผู้ทําการทดลองสามารถเลื่อนกล้องส่องไปมาซ้ายขวาได้โดยการกดเมาส์แล้วลากไปมาตามต้องการ ในกรณีท่ีผู้ทําการทดลองต้องการเลื่อนกล้องส่องทีละน้อยก็สามารถใช้ล้อหมุนของเมาส์ (scroll wheel) เพื่อขยบั กลอ้ งสอ่ งทลี ะน้อยได้หมายเลข 3 ปุ่มปรับโฟกัสกล้องส่อง ผู้ทําการทดลองปรับความชัดของเส้นสเปกตรัมได้โดยอาศัยการปรับโฟกัสกล้องส่องน้ีวิธีใช้คือการกดด้วยเมาส์ (ซ่ึงสามารถกดค้างได้เมื่อต้องการปรับโฟกัสต่อเน่ือง) โดยถ้าตําแหน่งท่ีกดเมาส์เยื้องไปทางด้านบนของปมุ่ จะเป็นการโฟกัสออก ถ้าตําแหน่งท่ีกดเมาส์เยื้องลงมาทางด้านล่างของปุ่มจะเป็นการโฟกัสเข้า (เลนส์ของกล้องส่องจะเคลอื่ นตัวตามชา้ ๆ เม่ือมกี ารปรับปุม่ โฟกสั )หมายเลข 4 ปุ่มปรับโฟกัสกล้องรวมแสง ทําหน้าท่ีเหมือนกับปุ่มปรับโฟกัสของกล้องส่อง (หมายเลข 3) โดยเลนส์ของกล้องรวมแสงจะเคล่ือนตัวตามช้าๆ ให้เห็นเช่นเดียวกับเลนส์ของกล้องส่อง ผู้ทําการทดลองสามารถใช้ปุ่มโฟกัสท้ังสองในการปรับเพือ่ ให้ได้ภาพเส้นสเปกตรัมท่คี มชัด ท้งั นี้ตัวกลอ้ งรวมแสง (collimator) ถกู จัดให้อย่กู บั ท่ี ไมส่ ามารถเลอ่ื นไปมาได้หมายเลข 5 สเกลเวอร์เนียร์ เป็นสเกลเวอรเนียร์เพื่ออ่านค่ามุม โดยภาพขยายของสเกลจะดูได้ผ่านแว่นขยายท่ีบริเวณหมายเลข 6หมายเลข 6 สเกลเวอร์เนียร์ผ่านแว่นขยาย แสดงภาพบริเวณสเกลเวอร์เนียร์ท่ีอ่านค่ามุมละเอียดผ่านแว่นขยายเพื่อให้การอา่ นคา่ เปน็ ไปไดง้ า่ ยขึน้ ค่าทีไ่ ดจ้ ะเปลยี่ นไปตามการเปล่ยี นตําแหนง่ ของกลอ้ งสอ่ งหมายเลข 7 มุมมองผ่านกล้องส่อง ภาพที่ผู้ทําการทดลองเห็นผ่านกล้องส่อง โดยความคมชัดของเส้นสเปกตรัมข้ึนอยู่กับการปรับโฟกัสของเลนส์ของกล้องรวมแสง (หมายเลข 3) และของกล้องส่อง (หมายเลข 4) ประกอบกัน ครอสแฮร์ (cross hair)ท่ีเห็นทจ่ี ุดก่ึงกลางของกลอ้ งใชบ้ อกตาํ แหน่งของเส้นสเปกตรมัหมายเลข 8 ใบบันทึกผลการทดลอง เม่ือคลิกเมาส์ลงบนใบบันทึกผลการทดลองจะนําใบบันทึกผลการทดลองมาแสดง และผ้ทู ําการทดลองสามารถบันทกึ ผลท่ีวัดได้ลงไปหมายเลข 9 แหล่งกําเนิดแสงจากก๊าซร้อน แหล่งกําเนิดแสงจากก๊าซร้อนที่ใช้สําหรับการทดลองนี้ คือ ก๊าซปรอท โดยในการทดลองนแ้ี หล่งกําเนิดจะใหแ้ สงตลอดเวลา ไมต่ อ้ งมกี ารเปิดปดิ แตอ่ ย่างใด จุดประสงค์ของการทดลองนี้ คือ เพ่ือวิเคราะห์ความยาวคล่ืนของเส้นสเปกตรัมท่ีได้จากก๊าซร้อนผ่านเกรตติงในเครอ่ื งสเปกโตรมิเตอร์ เพือ่ เปรียบเทยี บความยาวคล่ืนทคี่ าํ นวณไดก้ บั เสน้ สเปกตรมั มาตรฐานท่ีมอี ยู่แล้วจากแหลง่ อ่ืน 6/8

Lab4 Spectrometer_CRU_Stu.docวธิ กี ารทดลอง1. เปดิ โปรแกรมจําลองการทดลองการทดลองการศึกษาสเปกตรัมของกา๊ ซร้อน VLab 04-Spectrometer.swf2. เลื่อนกล้องส่องไปท่ีบริเวณตรงกลาง แล้วสังเกตแสง (เป็นแสงขาว) ท่ีผ่านช่องเปิดเข้ามา ปรับโฟกัสของกล้องส่องและ กล้องรวมแสงโดยอาศัยปมุ่ ปรับโฟกสั ทต่ี ดิ อยูก่ ับกลอ้ งทั้งสองจนกระทั่งเห็นแสงท่ีผ่านช่องเปดิ มาคมชดั พอสมควร3. นําเกรตตงิ ทวี่ างอยใู่ สบ่ นแปน้ ของสเปกโตรมเิ ตอร์ ปรับโฟกัสของกล้องอีกคร้ังถ้ายังไม่คมชัดเท่าท่ีควร ปรับตําแหน่งครอส แฮร์ให้อยู่ท่ีกึ่งกลางของแถบสว่างกลาง อ่านค่าและบันทึกตําแหน่งมุมของแถบสว่างกลาง (θo) ลงในใบบันทึกผลการ ทดลอง4. เล่ือนกล้องส่อง ไปด้านหนึ่งจนเห็นแถบสว่างสีต่างๆ เป็นชุดแรก บันทึกตําแหน่งมุมของสีต่างๆ ท่ีอยู่ในใบบันทึกผลการ ทดลองไว้ แถบสว่างเหลา่ น้คี อื แถบสว่างลาํ ดับที่ 1 (n=1)5. คาํ นวณหามมุ ทเ่ี บนไปจากแนวกลางโดยหาผลตา่ งระหวา่ งมุมของแถบสวา่ งสตี า่ งๆ กับคา่ มุมของแถบสว่างกลาง (θo)6. คํานวณหาคา่ sine ของมมุ ที่เบนจากแนวกลาง บนั ทกึ คา่ ทีไ่ ด้7. คาํ นวณหาความยาวคล่ืนของแถบสตี ่างๆ8. เลื่อน telescope ตอ่ ไปจนเห็นแถบสีชุดถดั ไป (ลําดับที่ 2) บันทึกค่ามุมต่างๆ ที่ได้ พร้อมคํานวณค่าความยาวคลื่นดังเช่น ในข้อที่ 4 ถงึ ขอ้ 79. คํานวณความยาวคลื่นของแถบสีต่างๆ ท่ีอยู่อีกด้านหนึ่งของแถบสว่างกลางเช่นเดียวกับที่ทํากับแถบสว่างทางด้านขวา ข้างตน้ ทง้ั หมด (ทัง้ จากลาํ ดบั ท่ี 1 และ 2)10. หาคา่ เฉล่ยี จากความยาวคลืน่ ท่คี ํานวณไดท้ ัง้ หมด เปรยี บเทียบค่าที่ได้กับค่ามาตรฐานเพ่ือดูว่าเส้นสเปกตรัมท่ีได้นี้ควรเป็น เสน้ สเปกตรมั จากก๊าซปรอทหรอื ไม่11. สรุปผลการทดลอง และวิจารณ์การทดลองและความผิดพลาดต่างๆ ในการทดลอง มีตัวแปรใดอีกหรือไม่ที่อาจทําให้การ ทดลองใกลเ้ คยี งความจริงมากย่งิ ข้นึเสน้ สเปกตรมั มาตรฐานของอะตอมปรอท รปู ที่ 8 เส้นสเปกตรัมมาตรฐานของอะตอมปรอท [3]จากรูป เส้นสเปกตรัมของอะตอมปรอท ประกอบไปด้วยสเปกตรัมหลัก (มีค่าความเข้มสูง) จํานวน 5 เส้น ท่ีความยาวคลื่นต่างๆ คือ 407.7 nm (สีมว่ ง), 435.8 nm (สีนาํ้ เงิน), 546.1 nm (สีเขียว), 577.0 nm (สเี หลอื ง 1)และ 579.1 (สเี หลือง 2) 7/8

Lab4 Spectrometer_CRU_Stu.docผลการทดลอง จํานวนเสน้ /ชอ่ ง ของเกรตติง = ............ เส้น/mm ระยะห่างระหว่างช่องของเกรตติง (d) = ............. mm = ................. m ตาํ แหน่งของแถบสว่างกลาง (θo) = ...................... องศาตารางบันทกึ ผลการทดลอง สมการทใี่ ช้คํานวณ คอื d sin(θn -θo) = nλตารางท่ี 1. การวัดความยาวคลื่นของแสงสีตา่ งๆอนั ดบั n แสงสี θn θn -θo sin(θn -θo) λ (nm) ม่วง 1 นาํ้ เงิน เขียว(ทางขวา) เหลอื ง 1 เหลอื ง 2 มว่ ง 2 น้ําเงิน เขยี ว(ทางขวา) เหลือง 1 เหลอื ง 2 มว่ ง 1 น้ําเงนิ เขยี ว(ทางซ้าย) เหลอื ง 1 เหลือง 2 ม่วง 2 น้ําเงนิ เขียว(ทางซา้ ย) เหลอื ง 1 เหลอื ง 2ตารางที่ 2. ความยาวคลื่นเฉล่ยี ( λ ) ความยาวคลืน่ มาตรฐาน (λstd) และเปอร์เซ็นต์ความคลาดเคลอ่ื นของแสงสีต่างๆแสงสี มว่ ง น้าํ เงนิ เขยี ว เหลอื ง 1 เหลอื ง 2 λ (nm) 407.7 435.8 546.1 577.0 579.1λstd (nm)% errorเอกสารอ้างอิง 1. http://en.wikipedia.org/wiki/Spectrometer 2. http://en.wikipedia.org/wiki/Emission_spectrum 3. http://webphysics.davidson.edu/Course_Material/Py230L/spectra/spectra.htm 8/8