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Versuche

Emissionsspektren von Spektralröhren (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Das Ziel des Versuchs

  • Vergleich der Emissionspektren verschiedener Spektralröhren

Spektralröhren oder -lampen sind wechselstrombetriebene Gasentladungsröhren, die das Linienspektrum von Metalldämpfen bzw. Edelgasen mit großer spektraler Reinheit und hoher Leuchtdichte aussenden. Die Gasatome einer Spektralröhre werden durch Stöße mit Elektronen energetisch angeregt. Beim Übergang in einen niedrigeren Energiezustand senden die Atome das für sie charakteristische Licht aus.

Aufbau und Durchführung
Screenshot von https://tetfolio.fu-berlin.de/web/1089454 (© 2019 Freie Universität Berlin | AG Didaktik der Physik in Zusammenarbeit mit QUA-LiS NRW)
Abb. 1 Legende zum Versuchsaufbau
  • Setze eine Spektralröhre ein. Ziehe dazu eine Spektralröhre in die Halterung. Für das Einsetzen und Herausnehmen der Röhren muss die Hochspannung ausgeschaltet sein!
  • Schalte die Hochspannung ein.
  • Beobachte das jeweilige Emissionsspektrum auf dem Monitor. Das Spektrum ist durch Anklicken des Symbols vergrößerbar. Die Wellenlänge einzelner Linien lässt sich mit der verschiebbaren roten Messmarke bestimmen.

Abb. 2 Emissionsspektren von Spektralröhren (© 2019/2023 Freie Universität Berlin | AG Didaktik der Physik in Zusammenarbeit mit QUA-LiS NRW)

Hinweis: Brilliante Farbfotos der verschiedenen Entladungsröhren findest du bei Wikipedia hier (Edelgase \(\rm{He}\), \(\rm{Ne}\), \(\rm{Ar}\), \(\rm{Kr}\) und \(\rm{Xe}\)) und hier (\(\rm{H_2}\), \(\rm{D_2}\), \(\rm{N_2}\), \(\rm{O_2}\) und \(\rm{Hg}\)).

Beobachtung
Aufgabe

Beschreibe das Emissionsspektren von Helium (\(\rm{He}\)).

Vergleiche das Spektrum mit dem Licht der Röhre.

Lösung

Das Spektrum weist schmale Emissionslinien auf, die höchste Linie im gelben Bereich.

Der Farbeindruck des Lichts ist rötlich durch die Mischung des Farbeindrucks der gelben Linie und den roten Linien.

Bestimme die Wellenlängen der blauen und der sehr intensiven roten Linie von molekularem Wasserstoff (\(\rm{H_2}\)).

Lösung

\(\lambda_{\rm{blau}} = 486\,\rm{nm}\) ; \(\lambda_{\rm{rot}} = 656\,\rm{nm}\)

In der Quecksilberröhre (\(\rm{Hg}\)) ist ein weiteres Gas enthalten. Dies dient der leichteren Zündung der Gasentladung.

Begründe durch Vergleich mit den anderen Röhren, um welches Gas es sich handelt.

Lösung

Da die Linien des Argons (\(\rm{Ar}\)) im Spektrum der Quecksilberröhre (\(\rm{Hg}\)) auftreten, handelt es sich bei dem Zündgas um Argon.

Ergebnis

Die Spektren der Gase in Spektralröhren zeigen manchmal nur einzelne, manchmal auch sehr viele einzelne, scharfe Linien. Das Licht der Spektrallampen setzt sich also aus Licht manchmal nur weniger, manchmal auch sehr vieler einzelner Wellenlängen zusammen.

Hinweis: Aufgabenstellungen und Lösungen nach: Emissionsspektren von Spektralröhren (© 2019/2023 Freie Universität Berlin | AG Didaktik der Physik in Zusammenarbeit mit QUA-LiS NRW)