Sonnenspektroskopie - Heimexperiment

Wir ließen das Sonnenlicht durch ein 5 x 3 x 3 cm großes dreieckiges Glasprisma laufen und untersuchten den gebildeten „Regenbogen“ auf der Suche nach Fraunhofer-Linien. Doch obwohl wir genau genug hinsahen (selbst mit einer Lupe), konnten wir keine Fraunhofer-Linien erkennen und das Spektrum erschien vollkommen kontinuierlich.

Ich füge ein paar Bilder des Experiments bei. S1Zwei leere Blätter im A4-Format wurden sozusagen diagonal positioniert, um einen diagonalen Querschnitt des Spektrums zu ergeben, damit es scheinbar so weit wie möglich gedehnt werden konnte.

Was machen wir falsch? Warum sind auf den Bildern keine Fraunhofer-Linien zu sehen?

S2 S3

Die Fraunhofer-Linien sind recht schmal. Sie müssen sicherstellen, dass die effektive Apertur der Einstellung groß genug ist, damit die Linien nicht aufgrund von Beugung verschwinden und dass das projizierte Spektrum genau genug fokussiert wird.

Antworten (2)

Das Auflösungsvermögen eines Prismas ergibt sich aus der Formel

λ Δ λ = b   d n d λ ,
wo b ist die Basislänge des Prismas, λ ist die Wellenlänge und n ( λ ) ist der Brechungsindex.

Sie sagen es nicht, aber nehmen wir an, Sie verwenden ein Kronglasprisma. Laut diesem nützlichen Dokument hat die Kronenklasse d n / d λ ≃ 400 cm − 1 im gelben Teil des Spektrums. Also für ein Prisma mit Basislänge b = 5 cm haben Sie ein Auflösungsvermögen von etwa 2000 und sollten daher im gelben Teil des Spektrums Linien mit einem Abstand von 0,25 nm auflösen können. Das sollte locker ausreichen, um H a , die Natrium-D-Linien etc.

Sie haben nicht gesagt, wie Sie das Licht fokussieren ? Ich vermute, was Sie falsch machen, ist, dass Sie sich keinen Spektrographen gebaut haben ; etwas wie das Bild unten (von hier ). Sie müssen das gestreute Licht fokussieren und sicherstellen, dass Sie für beste Ergebnisse eine schlitzartige Öffnung haben.

Einfacher Spektrograph

Wenn Sie so etwas nicht tun, haben Sie effektiv stark überlappende Bilder der Prismenfläche bei jeder Wellenlänge. Die Überlappung ist wahrscheinlich so groß, dass sie Ihr Auflösungsvermögen zerstört. Eine Linse kann diese Bilder so fokussieren, dass Licht einer bestimmten Wellenlänge auf einen Punkt auf Ihrem Bildschirm fällt.

EDIT: Erwägen Sie als Gedankenexperiment, einen Filter vor das Prisma zu stellen, der nur rotes Licht einer bestimmten Wellenlänge durchlässt. Wie wird das projizierte Bild in Ihrem aktuellen Setup aussehen? Ich vermute, dass es wie ein rotes Rechteck aussehen wird, dessen Breite proportional zur Größe der Prismenfläche ist, aus der das Licht austritt.

Ändern Sie nun die zentrale Wellenlänge des Filters um 1 nm. Die Position des projizierten Rechtecks ​​ändert sich leicht , aber nicht annähernd um die Breite des Rechtecks, so dass sein Bild fast vollständig mit dem vorherigen Bild überlappen würde. dh Licht, das nur um 1 nm getrennt ist, wird zusammengeschmiert und kann nicht aufgelöst werden.

Was Sie mit dem Objektiv tun müssen, ist, das Rechteck nach unten zu fokussieren, sodass es idealerweise nur ein sehr schmales, schlitzartiges Bild ist. Auf diese Weise erzeugt eine Wellenlängenänderung von 1 nm ein klar getrenntes Bild.

"Alles blaue Licht" am oberen Rand des Bildes sollte "Alles rotes Licht" lauten.
@Rob Jeffries Wir haben keinen Schlitz verwendet; die Sonne beleuchtete das gesamte Prisma. Ebenso haben wir auch keine Fokussierlinse verwendet. Wie breit, meinst du, sollte der Schlitz sein? (Das Prisma ist 5x3x3cm groß). Wäre eine Lupe (7 cm Durchmesser) gut genug, um das Licht zu fokussieren?
@Roll Probieren Sie es aus. Ich denke, auf einen Schlitz kann man verzichten. Sie benötigen ein Objektiv, das deutlich größer als das Prisma ist, um einen anständigen Fokus zu erhalten, wenn es vollständig beleuchtet ist.
@Rob Jeffries Außerdem verstehe ich nicht ganz, warum ich überhaupt die Fokussierlinse brauche; Das Regenbogenbild, das ich sehe, ist nicht unscharf, nicht verschwommen oder so. Oder wird es nur verwendet, um das Bild zu vergrößern? Sollte ich mit einer Fokussierlinse das gesamte Spektrum sehen oder nur eine oder zwei Farben?
@Roll Wie ist das? Die Fokussierlinse verkleinert das Bild, aber Sie sollten dann die Fraunhofer-Linien sehen. Sie müssen mit dem Fokus spielen. Eine Idee wäre, das Prisma aus der Ferne mit einer Leuchtstofflampe zu beleuchten, da dies einige scharfe Spektrallinien (Emissionslinien) hätte, die Sie fokussieren könnten. Bei einem bestimmten Abstand von Prisma und Lupe erfahren Sie, wie weit Ihr Bildschirm von der Linse entfernt sein muss.
@Roll - Sie sollten darüber nachdenken, was "unscharf" bedeutet. Beispielsweise würde ein unscharfes Spektrum keine Fraunhofer-Linien zeigen. Kommt Ihnen das bekannt vor?
@Rob Jeffries Ja, es klingt vertraut wie unscharf = verschwommen, sodass Sie subtile Formen nicht unterscheiden können. Aber wenn ich es mit einer Lupe fokussiere, wird das Ergebnisbild ziemlich klein - wie kann ich irgendwelche Linien in einem so kleinen Bild sehen?
@Rold Du brauchst ein großes Prisma und eine Lupe mit langer Brennweite und einen Detektor mit kleinen Pixeln. Willkommen zu den Beschränkungen des Designs optischer Spektrographen. Sie werden kein riesiges, fokussiertes Spektrum erhalten. Möglicherweise können Sie die Linien mit zwei Lupen deutlich sehen, eine zum Fokussieren des Spektrums und eine andere zum Betrachten des Ergebnisses. NB: Der vorherige Kommentar war nicht von mir.
@Rob Jeffries Ja, natürlich, wenn ich mit einer Lupe aus kurzer Entfernung schaue, wird das Bild nur vergrößert, während das Bild, wenn ich in die Ferne schaue, irgendwie umgekehrt, schärfer und auch etwas kleiner ist. Hatten Sie das im Sinn?
@Roll Sie müssen wie in der Abbildung gezeigt vorgehen. Ich denke ich habe die Frage beantwortet...

Bei Sonnenlicht konnte ich trotz Fokussieroptik keine Fraunhofer-Linien erkennen. Ich habe jedoch versucht, stattdessen das Licht einer Leuchtstofflampe zu untersuchen. Es gelang mir nicht, das Bild auf ein Blatt Papier zu projizieren, aber ich konnte das Bild im Prisma direkt fotografieren. Das Ergebnis ist etwas befriedigender:

Sb1/

S/

Sind diese vier Linien eine Darstellung des Quecksilberelements in der Glühbirne?

Sie scheinen auf dem Weg zu sein, aber für mich sieht es so aus, als ob Ihr Fokus entweder nicht sehr gut ist oder Sie einen schmaleren Schlitz brauchen, wenn Sie die Fraunhofer-Linien sehen können.
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