Atomers fingeraftryk - Rapport i Fysik

Formål

Identifikation af to ”ukendte” gasser i hver deres gasudladningsrør ved udregning af emissionsspektrets forskellige bølgelængder for den pågældende gas.

Teori

Når man lader elektroner strømme gennem en gas ved at sætte denne under højspænding, vil elektronerne, som løber fra minus til plus i et gasudladningsrør, støde sammen med elektronerne i gassens atomer. På denne måde vil atomet få tilført energi og i mange tilfælde ioniseres dvs. at en elektron helt frigør sig fra kernen. I nogle tilfælde vil atomet i stedet excitere, dvs. at en elektron ”springer” en bane frem, hvilket medfører, at atomet vil få en højere energi end i grundtilstanden. Når atomet efterfølgende deexciterer, dvs. at elektronen igen ”springer” en bane tilbage og derved igen befinder sig i grundtilstanden, vil atomet frigive en foton, dvs. en hvis mængde energi og på den måde udsende lys. Lyset kan brydes i et optisk gitter og på den måde opdeles i spektrallinjer, hvilket kaldes et linjespektrum. For at forklare elektronernes ”spring” mellem banerne og deres medfølgende energier, bruges Bohrs postulater: 1) En atom kan eksistere i en række stationære tilstande (stationær = stillestående, varig). I hver stationær tilstand har atomet en bestemt energi 2) Ved overgange mellem to stationære tilstande med energierne E og E kan atomet absorbere (optage) eller emittere (udsende) en foton med energien: E = E – E = h · f” Ved absorption vil en elektron altså flytte sig fra en bane tæt på kernen til en bane længere væk fra kernen, og derved optager atomet en foton, altså vil atomet excitere. Når atomet igen deexciterer flytter elektronen sig fra den ydre bane tilbage til en indre bane, hvorved atomet udsender en foton og derved mister energi. Forskellige gasser vil udsende forskelligt lys, fordi atomerne i den pågældende gas udsender fotoner med forskellige energier, da der hører en bestemt energi til hver tilstand/bane. Da fotonernes energi afhænger af bølgelængden, hvis de bevæger sig indenfor det samme stof, kan man vha. et optisk gitter splitte lyset fra gassen op i spektrallinjer og derefter bestemme, hvilken gas, der er tale om, da hver gas udsender sit eget særprægede lys. De spektrallinjer lyset bliver delt i fortæller altså præcis, hvilken gas, der er tale om, da de ”viser” hver sin bølgelængde i de forskellige ordener.

Fremgangsmåde

Vi tilsluttede til at starte med gasudladningsrøret til en speciel spændingskilde, som ville skabe højspænding over elektroderne i røret.