Atoomspectrum
Een neonlamp zendt geen continue regenboog van kleuren uit. In plaats daarvan zenden de atomen licht uit op specifieke golflengten wanneer elektronen gekwantiseerde overgangen maken tussen toegestane energieniveaus. Een USB-spectrometer scheidt het licht van de lamp op basis van golflengte, waardoor deze discrete emissielijnen direct zichtbaar worden en kunnen worden vergeleken met het bekende atoomspectrum van neon.
Wat je ziet
De vier uitgelijnde weergaven bestrijken hetzelfde golflengtegebied van 450–700 nm. Bovenaan staat het volledige zichtbare spectrum. Daaronder laat het livebeeld van de spectrometer zien dat de neonlamp slechts bepaalde golflengten uitzendt. De volgende weergave haalt deze gedetecteerde golflengten eruit als afzonderlijke lijnen, en de laatste toont ter directe vergelijking de bekende sterke neonemissielijnen van NIST.
Heldere NIST-referentielijnen werden tijdens de validatie door de spectrometer waargenomen. Vage lijnen zijn aanvullende NIST-lijnen die niet werden waargenomen. Dit komt doordat niet elke referentielijn detecteerbaar is: de omstandigheden in de lamp en de gevoeligheid en resolutie (2–3 nm) van de spectrometer beperken welke lijnen kunnen worden gedetecteerd.
U kunt lijnen zien verschijnen of verdwijnen, vooral bij een hogere detectiegevoeligheid. Dit komt doordat de ruwe detectorgegevens ruis bevatten die het gemeten signaal van een lijn boven of onder de detectiedrempel kan brengen.
Zichtbaar spectrum
Livebeeld spectrometer
Gedetecteerde spectraalkenmerken
Sterke Ne I-referentielijnen van NIST
Wat is hier quantum?
Neon is een edelgas met atoomnummer 10: een neutraal neonatoom heeft 10 protonen in zijn kern en 10 elektronen eromheen. In de lamp versnelt een elektrische ontlading vrije elektronen, die met neonatomen botsen en voldoende energie kunnen overdragen om een van hun elektronen naar een hoger, aangeslagen energieniveau te brengen. Die aangeslagen toestanden zijn tijdelijk. Volgens de kwantummechanica kan het elektron terugkeren naar een lager energieniveau, en wanneer dat gebeurt, zendt het atoom een foton uit waarvan de energie exact overeenkomt met het verschil tussen de twee niveaus.
Omdat de energie van een foton de golflengte bepaalt, produceert elke overgang licht met een bepaalde golflengte. Neon kent veel mogelijke overgangen, waardoor het licht veel afzonderlijke spectraallijnen bevat in plaats van een continue reeks kleuren.
De spectrometer scheidt dit licht naar golflengte en projecteert het op een camerasensor, waarbij verschillende golflengten op verschillende posities verschijnen. Uit dit live detectorbeeld identificeert het experiment de spectraallijnen die door de neonlamp worden geproduceerd. Hun karakteristieke patroon is een direct waarneembaar gevolg van de gekwantiseerde energiestructuur van neonatomen.
Over de opstelling
- Locatie
- Bladel, Nederland
- Status
- Verbonden
- Spectrometer
- Thunder Optics Mini USB Spectrometer
- Lichtbron
- Schiefer T14×30 neonontladingslamp
- Gebruikt golflengtebereik
- 450–700 nm
- Spectrale resolutie ongeveer
- 2–3 nm