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    관리자                                            2011-04-06 15:19:08
   SV2100 spectrometer를 이용한 수소의 선스펙트럼 관찰 및 측정

측정 개요(Introduction)

 

수소는 우주의 주성분 원소일 뿐 아니라 지구에 풍부한 물의 구성원소이며, 생체에서 중요한 모든 화합물에 빠짐없이 들어있는 핵심적 원소이다.

이 실험에서는 수소의 선스펙트럼을 관찰하여 별과 은하의 주성분을 관찰하는데 사용된 원자 분광학의 기본원리를 배우고 관찰된 수소 방출선의 파장을 보어 모델에 적용해 본다.

 

측정 원리(Principles)

 

모든 원소는 열을 받거나 기체로 변할 때 제한된 수의 파장의 빛을 방출하는데, 이 빛의 파장군을 원소의 방출 스펙트럼이라고 부른다. 수소 등 모든 원소와 순수한 물질은 열을 받으면 일정한 파장 구성을 갖는 빛을 내어 놓는다. 실제로 과학자들은 별에서 방출되는 빛의 파장이나 지구에 존재하는 원소를 가열하여 나오는 빛의 파장을 연구해서 서로 유사한 물질인지를 비교한다.

 

측정 도구

 

수소방전관, 회절격자필름, 분광기(K-MAC SV2100 spectrometer)

 

측정 과정

 

실험 1 : 표준 일반화학실험 제6개정판 (대한화학회) 실험 39 "원소의 스펙트럼"을 참조하여 수소의 선스펙트럼을 직접 눈으로 관찰한다.

실험 2 : 수소 방전관과 spectrophotometer를 사용해서 수소 방출선의 파장을  측정한다.

계산 :

         1) 1885년 스위스의 고등학교 교사 Johann Jakob Balmer는 수소의 가시광선 부분 스펙트럼의 진동수가  대단히 높은 정밀도로 아래와 같은 간단한 공식에 의해 표시될 수 있음을 발견했다.

관찰된 Balmer series 스펙트럼의 진동수

ν3 = 4.569 x 1014 s-1

ν4 = 6.168 x 1014 s-1

ν5 = 6.908 x 1014 s-1

ν6 = 7.310 x 1014 s-1

νm = 3.290 x 1015 (1/22 - 1/m2) s-1

      Rydberg 상수 : R = 3.290 x 1015        (실험값)

m = 3, 4, 5, 6을 대입하여  Rydberg 상수의 값을 확인하라.

         2)     Bohr의 수소 모델에 따르면 : R = m
ee4 / 8h3εo2C

 

보어는 이 식에 me, e, h 값들을 대입하여 위의 값과 일치하는 Rydberg 상수를 얻었다. 아래의 값들을 대입해서 Rydberg 상수를 직접 계산해 보라.

 

e = 1.6021773 x 10-19 C

me = 9.109390 x 10-31 kg

h = 6.62608 x 10-34 J s
εo= 8.85 x 10-12 C2/(J m)


측정 결과(Results)


 


               
                                   
             [그림 1] 수소의 선 스펙트럼

        (K-MAC SV2100 분광기 운용프로그램 비주얼스펙트라 화면 캡처)


 

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