Espectroscopia solar - Experimento casero

Dejamos que la luz del sol atravesara un prisma de vidrio triangular de 5x3x3cm y examinamos el 'arcoíris' formado en busca de las líneas de Fraunhofer. Sin embargo, aunque miramos lo suficientemente cerca (incluso con una lupa), no pudimos ver ninguna línea de Fraunhofer y el espectro parecía perfectamente continuo.

Adjunto algunas fotos del experimento. S1Se colocaron dos papeles en blanco de formato A4 en forma diagonal, para hacer una sección transversal diagonal del espectro, de modo que aparentemente pudiera estirarse lo más posible.

¿Qué estamos haciendo mal? ¿Por qué no podemos ver ninguna línea de Fraunhofer en las imágenes?

S2 S3

Las líneas de Fraunhofer son bastante estrechas. Debe asegurarse de que la apertura efectiva de la configuración sea lo suficientemente grande para que las líneas no desaparezcan debido a la difracción y que el espectro proyectado esté enfocado con suficiente precisión.

Respuestas (2)

El poder de resolución de un prisma viene dado por la fórmula

λ Δ λ = b   d norte d λ ,
dónde b es la longitud de la base del prisma, λ es la longitud de onda y norte ( λ ) es el índice de refracción.

No lo dice, pero supongamos que está usando un prisma de vidrio de corona. Según este útil documento , la clase corona tiene d norte / d λ ≃ 400 cm − 1 en la parte amarilla del espectro. Entonces, para un prisma de longitud base b = 5 cm, tiene un poder de resolución de aproximadamente 2000 y, por lo tanto, en la parte amarilla del espectro, debería poder resolver líneas con una separación de 0,25 nm. Esto debería ser suficiente para ver H α , las líneas D de sodio, etc.

¿No has dicho cómo estás enfocando la luz? Sospecho que lo que estás haciendo mal es que no te has construido un espectrógrafo ; algo como la imagen de abajo (desde aquí ). Debe enfocar la luz dispersa y también debe asegurarse de tener una apertura en forma de hendidura para obtener mejores resultados.

espectrógrafo simple

Si no hace algo como esto, entonces efectivamente lo que tiene son imágenes muy superpuestas de la cara del prisma en cada longitud de onda. Es probable que la superposición sea tan grande que destruya su poder de resolución. Una lente puede enfocar estas imágenes para que la luz de una longitud de onda particular caiga en un punto de la pantalla.

EDITAR: Como experimento mental, considere colocar un filtro frente al prisma que solo deje pasar la luz roja en una longitud de onda particular. ¿Cómo se verá la imagen proyectada en su configuración actual? Supongo que se verá como un rectángulo rojo, con un ancho proporcional al tamaño de la cara del prisma de donde sale la luz.

Ahora cambie la longitud de onda central del filtro en 1 nm. La posición del rectángulo proyectado cambiará ligeramente , pero no cerca del ancho del rectángulo, por lo que su imagen se superpondrá casi totalmente con la imagen anterior. es decir, la luz separada por solo 1 nm se une y no se puede resolver.

Lo que debe hacer con la lente es enfocar el rectángulo hacia abajo para que, idealmente, solo sea una imagen con forma de hendidura muy estrecha. De esa forma, un cambio en la longitud de onda de 1nm producirá una imagen claramente separada .

"Toda la luz azul" en el borde superior de la imagen debe decir "Toda la luz roja".
@Rob Jeffries No usamos una rendija; el sol iluminaba todo el prisma. Del mismo modo, tampoco usamos una lente de enfoque. ¿Qué tan ancha crees que debería ser la hendidura? (El prisma mide 5x3x3cm). ¿Sería suficiente una lupa (7 cm de diámetro) para enfocar la luz?
@Roll Pruébalo. Creo que puedes prescindir de una hendidura. Necesitará una lente significativamente más grande que el prisma para obtener un enfoque decente si está completamente iluminado.
@Rob Jeffries Además, no entiendo muy bien por qué necesito la lente de enfoque en primer lugar; la imagen del arcoíris que veo no está desenfocada, ni borrosa ni nada. ¿O se usa solo para ampliar la imagen? Usando una lente de enfoque, ¿debería ver todo el espectro o solo uno o dos colores?
@Roll ¿Cómo es eso? La lente de enfoque hará que la imagen sea más pequeña, pero entonces deberías ver las líneas de Fraunhofer. Habrá que jugar con el foco. Una idea sería intentar iluminar el prisma desde la distancia con una lámpara fluorescente, ya que esto tendría algunas líneas espectrales (de emisión) nítidas que podrías enfocar. Para una separación dada de prisma y lente de aumento, eso le dirá qué tan lejos debe estar su pantalla de la lente.
@Roll: deberías pensar en lo que significa "fuera de foco". Por ejemplo, un espectro desenfocado no mostraría las líneas de Fraunhofer. ¿Te suena familiar?
@Rob Jeffries Sí, suena familiar como fuera de foco = borroso, por lo que no puede distinguir formas sutiles. Pero si lo enfoco con una lupa, la imagen resultante será bastante pequeña. ¿Cómo puedo ver líneas en una imagen tan pequeña?
@Rold Necesita un prisma grande y una lupa con una distancia focal larga y un detector con píxeles pequeños. Bienvenido a las limitaciones del diseño de espectrógrafos ópticos. No obtendrá un espectro enorme y enfocado. Puede lograr ver las líneas claramente con dos lupas, una para enfocar el espectro y otra para ver el resultado. NB: El comentario anterior no fue mío.
@Rob Jeffries Sí, por supuesto, cuando miro con una lupa a una distancia corta, simplemente aumenta la imagen, mientras que cuando miro a la distancia, la imagen está un poco invertida, más nítida y también un poco más pequeña. ¿Eso es lo que tenías en mente?
@Roll Debe hacer lo que se muestra en el diagrama. Creo haber respondido la pregunta...

No pude ver ninguna línea de Fraunhofer con la luz del sol, a pesar de usar una lente de enfoque. Sin embargo, intenté examinar la luz de una bombilla fluorescente. No logré proyectar la imagen en una hoja de papel, pero pude tomar una foto directa de la imagen en el prisma. El resultado es un poco más satisfactorio:

Sb1/

S/

¿Son estas cuatro líneas una representación del elemento mercurio en el bulbo?

Parece que está en camino, pero me parece que su enfoque no es muy bueno o que necesita una rendija más estrecha para poder ver las líneas de Fraunhofer.
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