Spektroskop Anotace: Je bílé světlo opravdu bílé? Liší se nějak světlo ze zářivky, žárovky, LED baterky, Slunce, UV baterky, výbojek a dalších zdrojů? Vyrobte si jednoduchý finančně nenáročný papírový spektroskop. Využijte šablonu, CD nebo DVD, různé zdroje bílého světla a jako správní debrujáři sestavujte, a pak zkoumejte a bádejte. Téma: Optika, rozklad světla, spektrum Trocha teorie: Pro středověkou optiku bylo vysvětlení barev světla a látky velkým problémem. V roce 1672 dokázal Isaac Newton, že se bílé světlo skládá z barevných světel. Barvy byly dříve označovány pouze slovně, což bylo dost nepřesné a subjektivní. V letech 1814-15 zjistil Joseph von Fraunhofer, že ve slunečním spektru existují určité tmavé čáry. Po jejich označení se začaly používat pro určování indexu lomu různých látek (Fraunhofer každé černé čáře přiřadil určitou hodnotu indexu lomu, a tím také její vlnovou délku). V roce 1821-2 Fraunhofer objevil ohyb světla na optické mřížce a Friedrich Magnus Schwerd tento jev vysvětlil z hlediska vlnové optiky. Od té doby v podstatě existuje spektroskopie jako vědní obor. Při pohledu na povrch CD nebo DVD jistě každého zaujme odlesk duhových barev. Ten je způsoben rozkladem světla na mikroskopických jamkách vypálených do povrchu nosiče a uspořádaných do spirály vinoucí se od okraje CD až do jeho středu. Tato spirála je tak těsná, že její části můžeme prakticky považovat za soustředné kružnice vzdálené od sebe pouhých cca 1.6 mikrometru u CD a 0.8 mikrometru u DVD. Takto uspořádaná struktura se chová jako difrakční mřížka pro viditelnou oblast spektra. Geniální nápad jak využít těchto médií v jednoduchém spektroskopu jako disperzního prvku a přiblížit tak spektroskopii studentům, dětem a širší veřejnosti pomocí jednoduchého a levného vybavení, byl poprvé publikován v časopise Journal of Chemical Education v roce 1997. Od té doby byl nápad mnohokrát zveřejněn na internetu s mnoha obměnami a vylepšeními, takže dnes lze pomocí tohoto "primitivního" nástroje podnikat doma experimenty, které byly ještě před několika lety nemyslitelné. Spektroskop je přístroj pro rozkládání viditelného spektra na jednotlivé složky a umožňující jejich pozorování. Skládá se z kolimátoru se štěrbinou, disperzního prvku (hranol, mřížka) a objektivu. Některé zdroje, jako například žárovka, dávají spojité spektrum, v němž nechybí žádná barva od fialové po červenou. Jiné zdroje naopak vysílají pouze některé vlnové délky, přestože jejich světlo je také bílé. Takové spektrum, složené z barevných čar na černém pozadí, nazýváme čárové spektrum. .Víte, že:
Ve spektru Slunce byl v roce 1868 objeven prvek helium (z řeč. helios – Slunce), který byl teprve v roce 1895 zjištěn i na Zemi. Díky spektrální analýze byla objevena řada prvků – rubidium, cesium talium, indium, galium apod. Kromě toho se spektrální analýza používá v různých průmyslových oborech, v chemii, v lékařství, v potravinářství apod. V hutnictví se např. užívá spektrálního rozboru k zjišťování jakosti rudy, složení taveniny, strusky i kychtových plynů. Podobně ve slévárnách se kontroluje tavenina, ingoty, různé druhy oceli i lehkých kovů. Spektrální rozbor je také velmi užitečný při kontrole výrobků, analýze olejů,
v mineralogii a geologii při zjišťování složení minerálů a hornin, ve sklářství k určení jakosti skla, pravosti drahých kovů apod.
Pomůcky: šablona, nůžky, lepidlo, vteřinové lepidlo, izolepa, černý lihový fix, řezák, DVD, různé světelné zdroje Provedení: Vystřihneme černou a barevnou šablonu podle plných čar. Obě vrstvy slepíme lepidlem na papír tak, že vnitřní část spektroskopu tvoří tmavá vrstva. Vyřízneme řezákem výseč z CD nebo DVD disku. Tato výseč bude tvořit difrakční mřížku spektroskopu. Nalepíme ji vteřinovým lepidlem na vyznačené místo na vnitřní černou část. Řezákem ještě vyřízneme velmi úzkou štěrbinu, která bude sloužit k tomu, aby nám na mřížku CD dopadal úzký rovnoběžný svazek bílého světla. Pokud je štěrbina příliš široká, pomocí izolepy přetřené černým lihovým fixem ji zúžíme. Také vyřízneme obdélníkový pozorovací otvor. Následně spektroskop slepíme a můžeme pozorovat. Vhodné zdroje světla: zářivka, žárovka, úsporná žárovka, LED diody, Slunce, výbojové trubice, světlo z meotaru, UV baterka a podobně, v případě „horského slunce“ dbejte na bezpečnost. Vysvětlení: Hlavní částí spektroskopu je výseč z CD nebo DVD umístěná do temné komory, která pozorovací podmínky vylepšuje. Světlo dopadá v úzkém rovnoběžném svazku štěrbinou na mřížku CD nebo DVD, kde se rozkládá na barevné spektrum. Žárovka: spektrum běžné žárovky je spojité, tj. jedna barva plynule přechází do druhé a nejsou patrné žádné izolované čáry. Patrné jsou tři silné pruhy. Úsporná žárovka: má čárové spektrum, které je na pozorování mnohem zajímavější. Je patrná ostrá, jasně červená čára. Po ní následují blízko u sebe oranžové čáry. Od nich jsou tmavou mezerou odděleny jasně zelené čáry. Ty jsou opět odděleny tmavou mezerou od modré a tmavě modré. Slunce: spektrum je spojité, velmi podobné spektru žárovky. Čas: Výroba spektroskopu
30 minut
Realizace pozorování spekter různých zdrojů
15 minut
Úklid
5 minut
Celkem
50 minut
Dále je možná diskuse nad pokusem a jeho modifikace Fotodokumentace:
