EA1 e EA2 Página 1 de 10 INSTRUÇÕES GERAIS: Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho Departamento de Física Laboratório de Física Moderna Roteiro do Experimento Espectro Atômico de Gases 1. Confira se encontra-se sobre a bancada todo o material que você irá utilizar durante o experimento. 2. Neste e em outros equipamentos que fazem uso de elementos ópticos (lentes, espelhos, prismas, redes difração, etc.), tome cuidado para não colocar a mão diretamente sobre as superfícies ópticas. 3. Esteja sempre atento às limitações do equipamento. 4. Atente também as altas voltagens e lâmpadas incandescentes que podem causar ferimentos. 5. Leia atentamente e completamente cada item antes de começar a executar o que nele é pedido. 6. Ao terminar o experimento, verifique se todos os equipamentos estão desligados antes de abandonar a bancada. O GRUPO DEVE TRAZER PARA REALIZAR ESTE EXPERIMENTO: - Seu caderno de laboratório - 1 diskete FORMATADO EQUIPAMENTO A SER UTILIZADO NO EXPERIMENTO: 1 Espectrofotômetro contendo: 1 fenda colimadora; 1 lente colimadora; 1 rede de difração; 1 lente focalizadora; 1 máscara com fendas; 1 Sensor de Luz de Alta Sensibilidade; 1 trilho ótico; 1 base graduada; 1 Sensor de Movimento Rotativo; 1 lâmpada de sódio de baixa pressão; 1 lâmpada de vapor de mercúrio; 1 tubo espectral de hidrogênio; 1 tubo espectral de hélio; 1 interface USB ScienceWorkshop 750.
EA1 e EA2 Página 2 de 10 MONTAGEM EXPERIMENTAL: 1. Você deverá encontrar o espectrofotômetro montado como na Figura 1, preso a dois suportes verticais de modo a ter sua altura ajustada para alinhar-se com as várias fontes de luz. 2. Ajuste a distância entre a fenda colimadora e a lente colimadora para 10cm. 3. A rede de difração deve ser fixada magneticamente no suporte, no lado que contém a lente colimadora e a fonte de luz. O lado gradeado da placa de vidro deve coincidir com a linha 0-180 da mesa graduada. 4. Ajuste a mesa graduada para que a linha de referencia aponte para 180 o, afastando o sensor de movimento rotativo com a mão. Figura 1 Espectrofotômetro montado 5. Ligue as lâmpadas de Sódio e de Mercúrio e deixe-as aquecendo por aproximadamente 5 minutos antes de usá-las. ATENÇÃO: Não olhe diretamente na lâmpada de mercúrio. 6. Conecte a interface USB a uma entrada USB do computador. Conecte os plugs do sensor de movimento rotativo nos canais 1 e 2 da interface e o sensor de luz de alta sensibilidade no canal A, como mostrado na Figura 2. 7. Aterre o espectrômetro. Não use as tomadas de força para tal. Figura 2 Interface USB ScienceWorkshop 750 8. Inicie o programa DataStudio e abrindo o arquivo Espectro Atômico que se encontra na pasta Desktop/Laboratório de Física Moderna.
EA1 e EA2 Página 3 de 10 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: PRIMEIRA PARTE. Determinar a separação das linhas da rede de difração. Use a lâmpada de Sódio (Na) para determinar a separação das linhas da rede de difração. As linhas amarelas do Sódio possuem comprimentos de onda de 589.0nm e 589.6nm. Estas linhas são tão próximas que são difíceis de serem resolvidas a olho nu. Assuma que esta linha tem o comprimento de onda médio de 589.3nm. 1. Ajuste os valores conforme sugestão na tabela abaixo. O ganho é ajustado diretamente no sensor de luz e a sensibilidade é ajustada acionando o botão Configurar na barra de ferramentas superior do programa DataStudio. Clique duplamente no ícone do sensor de luz e selecione sensibilidade Baixa (1x). Ajustes sugeridos para o Sódio. Ganho do sensor de luz x10 Sensibilidade do sensor de luz Baixa(1x) Fenda colimadora #1 Fenda do sensor de luz #2 2. Apague as luzes próximas e posicione a tela do computador longe do espectrofotômetro. 3. Ajuste a altura do espectrofotômetro para coincidir com o ponto médio da lâmpada de sódio. Posicione o sensor de luz de modo que a fenda fique ao lado do máximo central. Veja a Figura 3. Figura 3 Montagem experimental com lâmpada de sódio.
EA1 e EA2 Página 4 de 10 4. Ajuste aposição da lente focalizadora de modo a obter uma imagem mais nítida possível no espectro no anteparo. 5. Pressione o botão Iniciar no painel do programa DataStudio e movimente vagarosamente o sensor passando pelo máximo central e pelo primeiro máximo lateral. Ao iniciar a varredura, verifique se o ângulo cresce positivamente. Caso positivo continue a varredura vagarosamente. Caso contrario pare a coleta dos dados acionando o botão Parar no DataStudio, inverta os conectores do sensor de movimento rotativo e reinicie a coleta de dados.pressione o botão Parar após encontrar o primeiro máximo. 6. Usando a ferramenta Smart (botão xy ) no gráfico, meça o ângulo entre o máximo central e o mínimo de primeira ordem (m=1). 7. Usando o comprimento de onda médio da linha do sódio (589,3 nm) calcule a separação de linhas d. Este é o valor que você irá usar no restante do experimento. 8. Salve a tabela com os dados coletados. Espectro do Hélio: 1. Substitua a lâmpada de Sódio pelo tubo de Hélio. Ajuste a altura do espectrômetro com o centro do tubo. 2. Ajuste os valores conforme a sugestão abaixo. Ajustes sugeridos para o Hélio Ganho do sensor de luz x100 Sensibilidade do sensor de luz Baixa (1x) Fenda colimadora #4 Fenda do sensor de luz #4 2. Posicione o sensor de luz de modo que a fenda fique ao lado do máximo central. 3. Pressione o botão Iniciar no painel do programa DataStudio e movimente vagarosamente o sensor passando pelo máximo central e todas as diferentes cores da região de primeiro máximo lateral (m=1). Pressione o botão Parar. 4. Usando o botão Texto ( A ) no topo do gráfico, marque os picos com as cores correspondentes das linhas espectrais. 5. Usando a ferramenta Smart (botão xy ) no gráfico, meça o ângulo entre o máximo central e o máximo de primeira ordem (m=1) para ao menos duas diferentes cores 6. Use os ângulos para calcular os comprimentos de ondas destas cores. Use a separação
EA1 e EA2 Página 5 de 10 de linhas d determinado com o espectro de sódio. 7. Faca um esboço do gráfico obtido e salve a tabela com os dados coletados. 8. Confira com os valores aceitos para o comprimento de onda destas linhas e calcule a diferença percentual com os seus valores calculados. 9. SEGUNDA PARTE Espectro do Hidrogênio: 1. Ajuste os valores conforme a sugestão a seguir. Note que a sensibilidade deve ser mudada na janela de configuração. Ajustes sugeridos para o Hidrogênio Ganho do sensor de luz x100 Sensibilidade do sensor de luz Alta (100x) Fenda colimadora #3 Fenda do sensor de luz #2 2. Ligue o tubo de Hidrogênio. CUIDADO: Estes tubos podem estar muito quentes. Ajuste a altura do espectrômetro com o centro do tubo. 3. Posicione o sensor de luz de modo que a fenda fique ao lado do máximo central. 4. Pressione o botão Iniciar no painel do programa DataStudio e movimente vagarosamente o sensor passando pelo máximo central e todas as diferentes cores da região de primeiro máximo lateral (m=1). Pressione o botão Parar. 5. Usando o botão Texto ( A ) no topo do gráfico, marque os picos com as cores correspondentes das linhas espectrais. 6. Usando a ferramenta Smart (botão xy ) no gráfico, meça o ângulo entre o máximo central e o máximo de primeira ordem (m=1) para ao menos três diferentes cores. 7. Use os ângulos para calcular os comprimentos de ondas destas cores. Use a separação de linhas d determinado com o espectro de sódio. 8. Faca um esboço do gráfico obtido e salve a tabela com os dados coletados. 9. Confira com os valores aceitos para o comprimento de onda destas linhas e calcule a diferença percentual com os seus valores calculados. 10. Para cada comprimento de onda encontrado para as linhas do hidrogênio, calcule a energia do fóton em ev.
EA1 e EA2 Página 6 de 10 11. Usando estas energias, calcule o nível energético inicial de cada elétron decaído que emitiu os fótons de cada linha. Espectro de Mercúrio: ATENÇÃO: Não olhe diretamente na lâmpada de mercúrio. 1. Ajuste os valores conforme a sugestão ao lado. Note que a sensibilidade deve ser mudada na janela de configuração. Ajustes sugeridos para o mercúrio Ganho do sensor de luz x1 Sensibilidade do sensor de luz Baixa(1x) Fenda colimadora #1 Fenda do sensor de luz #1 2. Substitua o tubo de hidrogênio pela lâmpada de mercúrio. Ajuste a altura do espectrofotômetro com o centro do orifício do suporte da lâmpada. 3. Posicione o sensor de luz de modo que a fenda fique ao lado do máximo central. 4. Pressione o botão Iniciar no painel do programa DataStudio e movimente vagarosamente o sensor passando pelo máximo central e todas as diferentes cores da região de primeiro máximo lateral (m=1). Pressione o botão Parar. 5. Usando o botão Texto ( A ) no topo do gráfico, marque os picos com as cores correspondentes das linhas espectrais. 6. Usando a ferramenta Smart (botão xy ) no gráfico, meça o ângulo entre o máximo central e o máximo de primeira ordem (m=1) para ao menos três diferentes cores. 7. Use os ângulos para calcular os comprimentos de ondas destas cores. Use a separação de linhas d determinado com o espectro de sódio. 8. Faca um esboço do gráfico obtido e salve a tabela com os dados coletados. 9. Confira com os valores aceitos para o comprimento de onda destas linhas e calcule a diferença percentual com os seus valores calculados. Dubleto do Mercúrio 1. Ajuste o ganho para x100 conforme a sugestão abaixo.
EA1 e EA2 Página 7 de 10 Ajustes sugeridos para o dubleto do mercúrio Ganho do sensor de luz x100 Sensibilidade do sensor de luz Baixa(1x) Fenda colimadora #1 Fenda do sensor de luz #1 2. Posicione o sensor de luz de modo que a fenda fique ao lado do máximo central. 3. Pressione o botão Iniciar no painel do programa DataStudio e movimente vagarosamente o sensor passando pelo máximo central e todas as diferentes cores da região de primeiro máximo lateral (m=1) e continue varrendo vagarosamente a região das linhas de segunda ordem (m=2). Pressione o botão Parar. 4. Usando a ferramenta Smart (botão xy ) no gráfico, meça o ângulo entre o máximo central e cada um dos dois máximos laranja de segunda ordem. Amplie a região das duas linha laranjas de modo a resolver ambas as linhas. 5. Use os ângulos para calcular os comprimentos de ondas destas linhas. Use a separação de linhas d determinado com o espectro de sódio. 6. Grave estes valores e confira com os valores aceitos para o comprimento de onda destas linhas e calcule a diferença percentual com os seus valores calculados.
EA1 e EA2 Página 8 de 10 FOLHA DE DADOS EXPERIMENTAIS PRIMEIRA PARTE Separação entre o máximo central e a linha amarela de primeira ordem da luz da lâmpada de Sódio: Esboço do espectro do tubo de Hélio Faça aqui sugestões de alterações no texto da apostila ou no procedimento experimental:
EA1 e EA2 Página 9 de 10 Esboço do espectro do tubo de Hidrogênio SEGUNDA PARTE Esboço do espectro de primeira ordem da lâmpada de Mercúrio. Esboço do espectro de segunda ordem da lâmpada de Mercúrio.
EA1 e EA2 Página 10 de 10 QUESTÕES QUE DEVEM SER RESPONDIDAS NA APRESENTAÇÃO PRÉVIA 1) Qual é a origem do espectro de emissão de um gás? 2) Descreva sucintamente o procedimento experimental a ser adotado. 3) Quais são as linhas (comprimento de onda ou freqüência) que se espera obter para as lâmpadas de Sódio e Mercúrio e para os tubos de Hidrogênio e Hélio? 4) Como são os dados que devem ser obtidos? 5) Quais são as limitações do equipamento a ser usado? 6) Quais cuidados devem ser tomados na realização deste experimento?