Brechungsindex, Dispersion und Auflösungsvermögendes Prismenspektroskops

Prinzip

Das Spektro-Goniometer lässt sich für die genaue Messung des Ablenkwinels des Lichts nach Durchgang durch ein Prisma nutzen. Die Brechzahl eines Prismas bei der Wellenlänge einer bekannten Spektrallinie kann aus dem Winkel der kleinsten Ablenkung bestimmt werden, wenn der Winkel zwischen den brechenden Oberflächen des Prismas gegeben ist. Wird diese Messung bei mehreren Spektrallinien druchgeführt, so ergibt sich die Dispersionskurve des Prismas. Prismen aus verschiedenen optischen Glassorten und ein Hohlprisma, das mit verschiedenen Flüssigkeiten gefüllt werden kann, werden verwendet, um Dispersionskurven von Materialien mit verschiedenem Brechungsindex zu messen. Des weiteren kann gezeigt werden, wie das spektrale Auflösungsvermögen eines Prismenspektrometers von der Dispersion und der nutzbaren Breite des Prismas abhängt. Dazu wird die verwendete Straahlbreite mit einem verstellbaren Spalt eingeschränkt.

Vorteile

• die Grundsätze der Spektroskopie verstehen
• Brechungseffekte im Detail untersuchen
• die Grundsätze der Prismenspektroskopie verstehen
• präzise reproduzierbare Ergebnisse im kompakten Aufbau

Aufgaben

1. Justiere das Spektro-Goniometer als Gitterspektrometer und identifiziere die Linien des Spektrums einer Quecksilber-Spektrallampe mit Hilfe eines Beugungsgitters und ordne die Wellenlängen den sichtbaren Spektrallinien zu.
2. Wähle eines der gleichseitigen (60°)-Prismen für die Messungen: Glas BK7, Glas F2, Glas SF10, Hohlprisma gefüllt mit einer Substanz, z.B. Glyzerin 99%, 2-Propanol oder Wasser und justiere das Spektro-Goniometer als Pismenspektrometer.
3. Optional: Nutze das Spektro-Goniometer, um den Winkel zwischen den brechenden Oberflächen des Prismas zu messen, indem der Oberflächenreflex beobachtet wird, während Kollimator- und Okularfernrohr fixiert sind und der Prismentisch gedreht wird, bis der nächste Oberflächenreflex erscheint.
4. Miss den Winkel der geringsten Ablenkung für jede der gut sichtbaren Hg-Spektrallinien für das gewählte Prisma. 
5.  Aus dem Winkel der geringsten Ablenkung errechne den Brechungsindex und trage ihn über der Wellenlänge auf.
6. Verringere die nutzbare Strahlbreite mit einem verstellbaren Spalt und miss die Spaltbreite, bei der verschiedene Spektrallinien nicht mehr getrennt erscheinen. Bestimme für diese Wellenlängen die Dispersion aus dem Graph der Brechzahl über der Wellenlänge. Vergleiche das theoretische mit dem beobachteten spektralen Auflösungsvermögen des Prismenspektrometers

Lernziele

• Maxwell-Beziehung
• Dispersion
• Polarisierbarkeit
• Lichtbrechung
• Brechzahl (Brechungsindex)
• Prismen
• Rowlandgitter
• Spektrometer
• Goniometer
• dielektrische Polarisierbarkeit
• relative dielektrische und magnetische Permissivität

(Bitte beachten: Versuchsbeschreibung nur in englischer Sprache erhältlich)