UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD TECNOLOGICA Bogotá D.C. 2013
INFORME DE LABORATORIO
SERIES DE BALMER
Física lll Profesor: Oscar Medina
Presentado por:
Cristian Bermúdez 20121073079
Daniel Ospina 20121073068
David Garzón Ramírez 20121073073
SERIES DE BALMER
1. RESUMEN En esta experiencia se hizo el r espectivo montaje experimental para lograr estudiar las ser ies de Balmer del Hidrógeno atómico, de esta manera se determinó y analizo las líneas espectrales que son generadas por la emisión del átomo del hidrogeno donde solo pueden ser observadas en un cuarto completamente obscuro, para así, poder hacer las distintas medidas, determinar las longitudes de onda y realizar el estudio correspondiente a la fórmula de Balmer (los valores medidos son comparados con las frecuencias calculadas con la fórmula de Balmer).
2 MARCO TEÓRICO La serie de Balmer es el conjunto de rayas que resultan de la emisión del átomo de hidrogeno cuando un electrón transita de n mayor o igual a 3 a n= 2 (Donde n representa el número cuantico principal referente al nivel de ener gía del electrón). Las transiciones son denominadas secuencialmente por letras griegas: Desde n=2 a n=1 es llamada Lyman-Alpha, 3 a 1 es Lyman-beta, 4 a 1 es Lyman-gamma, etc. Balmer lo que hizo fue evaporar un átomo de hidrógeno en un recipiente de cristal, en un lado con negativa en un extremo y en el otro una positiva, por estas placas hizo pasar corriente atravez del gas y este emitió una luz, que se observó gracias a el fondo negro, esta luz la hizo pasar por un prisma y lo descompuso en 4 principales ondas de colores: Morado, Azul, Rojo y Verde; cada una con diferentes longitudes de ondas, estas longitudes las midió con un e lectroscopio y una fórmula que realizó, “las series de Balmer”.
En el experimento, el espectro de emisión es excitado por medio de una lámpara de Balmer que se llena con vapor de agua. Las moléculas de agua se descomponen por la descarga eléctrica en excitado hidrógeno atómico y un grupo hidroxilo. La longitud de onda, Ha, HB, Y HY , se determinó con una rejilla de alta resolución.
Fig 1. Montaje del experimento para estudiar la serie de Balmer.
2.1. ASPECTOS: A. La Espectrología: Esta permite conocer la naturaleza de una sustancia por los colores que emite al ser excitada, ya que cada elemento mite en colores bien definidos. Al incidir un haz colimado de la luz producida por la sustancia estudiada sobre un prisma, esta luz se separa, y al incidir sobre una placa fotográfica el diagrama que se observa es un diagrama de líneas sobre la placa, donde cada línea corresponde a una longitud de onda determinada.
B. Átomo de Hidrogeno: Es el átomo más simple que existe y el único que admite una solución analítica exacta desde el punto de vista de la mecánica cuántica. El átomo de hidrógeno, es conocido también como átomo mono electrónico , debido a que está formado por un protón que se encuentra en el núcleo del átomo y que contiene más del 99,945 % de la masa del átomo, y un sólo electrón -unas 1836 veces menos masivo que e l protón- que "orbita" alrededor de dicho núcleo
C. Modelo Atómico de Bohr: Este modelo dice que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico. En ese caso, los e lectrones se disponen en diversas órbitas circulares, las cuales determinan diferentes niveles de energía; es un modelo clásico del átomo, pero fue el primer modelo atómico e n el que se introduce una cuantización a partir de ciertos
postulados Postulado 1: Los electrones describen órbitas circulares en torno al núcleo del átomo sin irradiar energía. Postulado 2: No toda órbita para electrón está permitida, tan solo se puede encontrar en ór bitas cuyo radio cumpla que el momento angular, L, del electrón sea un múltiplo entero de n = h/2pi. Postulado 3: El electrón solo emite o absorbe ene rgía en los saltos de una órbita permitida a otr a. En dicho cambio emite o absorbe un fotón cuya e nergía es la diferencia de energía entre ambos niveles.
Fig2. Diagrama esquemático, Modelo átomo de Bohr.
3. ASPECTOS EXPERIMENTALES 3.1 Equipos que se utilizaron: -Lámpara de Balmer: Es una lámpara de descarga de gas operada con corriente alterna y con vapor de agua en su interior. El t ubo fundido de la lámpara es alimentado con vapor de agua por medio de una reserva de agua conte nida en un material higroscópico. Las moléculas de agua se dividen, debido a la descarga eléctrica, en hidrógeno atómico y en un grupo hidróxilo. Un tubo capilar resistente a altas temperaturas que se encuentra en el interior de la lámpara, hace que la descarga se produzca en un espacio limitado, produciéndose allí una alta c oncentración de hidrógeno atómico. Este hidrógeno atómico es la causa de las intensas líneas espectrales de Balmer. No se presentan bandas perturbadoras de hidrógeno molecular. Esta se emplea en el arreglo experimental de un espectrómetro de uso corriente para experimentos escolares y suministra las 4 líneas visibles del espectro del hidrógeno.
Fig3. Lámpara de Balmer
-Rejilla de Rowland: El trabajo de Rowland establece a una rejilla como el elemento óptico primario para la tecnología de la espectroscopia. Rowland construyo un sofisticado sistema de rejillas e invento la rejilla cóncava.
Fig4. Lentes, Rendija Ajustable y Rallado -Goniómetro: Es un instrumento de medición que se utiliza para medir ángulos, comprobación de conos y puesta a punto de las máquinas-herramientas de los talleres de mecanizado. Este tipo de goniómetro consta de un círculo graduado en 360º, el cual lleva incorporado un dial giratorio sobre su eje de simetría, para poder medir cualquier valor angular.
- Fuente de alimentación para lámparas de Balmer: Es un dispositivo que convierte la corriente alterna, en una o varias corrientes continuas, que alimentan los distintos circuitos de la lámpara de Balmer, esta genera peligrosos voltajes accesible en los contactos del soporte, aun no estando la lámpara montada.
Fig5. Fuente de Alimentación Especial
-Pantalla Translucida: Es aquella que permite combinar el mundo real con o bjetos virtuales, se integran gráficos digitales con imágenes reales desde una cámar a y a continuación se presenta la imagen compuesta a los ojos del usuario
Fig6. Pantalla donde se verán observadas las líneas a analizar.
4. ANALISIS Y RESULTADOS
B/mm
B Promedio
COLOR
IZQUIERDA
DERECHA
Rojo
11,8 cm
12,2 cm
12,15
Turquesa
8,3 cm
8,7 cm
8,5
Azul
7,4 cm
7,7 cm
7,55
Tabla 1. Distancia de las Líneas
-Otras Distancias: A1 = 27,5 cm Distancia de nuez a nuez d2 = 3,4mm Espesor de la Pantalla A2 = 9,35/2 = 4,675 Mitad del espesor soporte d1 = 2,6mm Espesor Rejilla de Difraccion
d = 1/ (600m/s) = 1,67 um A = Distancia entre la rejilla y la pantalla A = A1 + A2 + (d1/2) + d2
Cálculos: A = A1 + A2 + (d1/2) + d2 A = (27,5 cm) + (4,675mm) + (1,3 mm) + (3,4 mm)
A = 284,375 mm Rojo: y = d * (b/(a^2 + b^2) ½) 2
2 1/2
y = 1,67um * (121,5mm) / (((284,375mm) + (121,5) ) ) -7 = 656 656 x 10 8
F = c/y = (3 x 10 m/s)/ y 14 = 4,57 x 10 457
Turquesa: y = d * (b/(a^2 + b^2) ½) 2
2 1/2
y = 1,67um * (85mm) / (((284,375mm) + (85) ) ) -7 = 478 478 x 10 8
F = c/y = (3 x 10 m/s)/ y 14 = 6,27 x 10 6,27
Azul: y = 1,67um * (75,5mm) / (((284,375mm)2 + (75,5)2)1/2) -7 = 428 x 10 428 8
F = c/y = (3 x 10 m/s)/ y 14 = 7 x 10 700
COLOR LINEA y/mm v/T Hz Rojo Ha 636 437 Turquesa Hb 478 627 Azul Hy 428 700 Tabla 2. Longitudes de Onda y Frecuencias de las líneas Observadas
2
(1/4) – (1/m ) 0,1389 0,1875 0,2100
6 CONCLUSIONES. -Se observó las líneas espectrales del Hidrogeno atómico con una rejilla de alta resolución, haciendo el correcto montaje para poder analizarlas y estudiarlas en la pantalla. -Se logró calcular mediante una ecuación matemáticas las longitudes de onda (simbolizadas con la letra griega “landa” (‘y’)) de las series de Balmer.
-Se hizo la respectiva comparación de los valores me didos con las frecuencias calculadas con la fórmula de Balmer -Se
7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. 7.1 es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADneas_de_Balmer 7.2 es.wikipedia.org/wiki/Líneas_de_Balmer
