Aparatos para la enseñanza de las leyes físicas del siglo XIX

FELIÚ, BARTOLOMÉ, Tratado elemental de física experimental y aplicada

Colección del autor

ESPECTROSCOPIO

COLECCIÓN

Óptica

FUNCIONAMIENTO

Sobre un pie común hay colocados hasta tres anteojos ABC, situados alrededor de una plataforma sobre la que descansa el prisma P. El anteojo B puede girar en un plano horizontal, hasta recibir los rayos que salen del prisma. Delante de A hay una lámpara de Bunsen. Su luz atraviesa una abertura estrecha (F) cuya anchura se regula con un tornillo. Una lente convergente situada en la entrada, forma una imagen real de la abertura en un punto, que es foco de otra segunda lente colocada a a salida, inmediata al prisma P. Forma este con el haz emergente un espectro que penetra por el anteojo B, (microscopio compuesto que aumenta hasta 8 veces). Para medir las distancias relativas de los haces nos servimos del anteojo C (en esencia, un micrómetro). Si quemamos diferentes sales metálicas en la lámpara Bunsen, vemos que aparecen en el espectro una o varias rayas brillantes, alternadas a veces con negras muy delgadas, distintas por su color y posición para cada metal. Esto ha servido para distinguir los elementos raros de la tabla periódica.

FUNDAMENTO

Iluminaremos una hendidura estrecha, autorregulable, que limita el haz. Es indiferente colocar la lente L delante o detrás del prisma A.  De las dos formas, con tal que la lente esté convenientemente colocada, se obtiene un espectro real, que se puede proyectar sobre una pantalla E. Pero también se puede observar con el ojo a través de un espectroscopio. En la figura se representan las partes esenciales del aparato. La primera de ellas es un colimador, constituido por una hendidura dispuesta en el foco de una lente convergente L, y que permite obtener, eliminando dicha hendidura, un haz paralelo. La segunda es un prisma A, que recibe el haz de las radiaciones sencillas medias (radiaciones amarillas, p.e.) en la posición del mínimo de desviación, y da de ellas un haz emergente paralelo. una segunda lente L', que hace converger en un punto O1 el haz paralelo de las radiaciones consideradas. Las demás radiaciones convergerán en puntos O'1, O''2, etc., del plano focal de la lente L'. Se obtiene de tal modo en ese plano focal un espectro real, que se mira directamente a través de una lente L'' que funcione como lupa. El conjunto de las lentes L' y L'' constituye la luneta del espectroscopio. Es bueno tener en el espectro puntos de reparo. Los obtenemos proyectando la imagen de una escala dividida allí donde se proyecta el espectro, es decir, en el plano focal de la lente L'. Al efecto, se coloca en el foco de una lente l' una escala dividida transparente e iluminada, p.e., por la llama de una bujía; el haz paralelo proveniente de esa lente l y reflejado por la cara AB del prisma, es recibido por la lente L', que da así de la escala dividida una imagen real, que se superpone al espectro. Esta parte se llama micrómetro. Es espectro es tanto más intenso cuanto mayor es el ángulo del prisma empleado y más dispersiva la sustancia que constituye el prisma. El ángulo del prisma no debe rebasar cierto límite. Generalmente se emplean ángulos de 60 grados. Por otra parte, hay diferentes espectros: de emisión y de absorción. Los de emisión son los producidos por las fuentes de luz sólidas, líquidas o gaseosas. Los espectros de los sólidos o líquidos incandescentes son continuos. Los de los gases o vapores incandescentes son discontinuos. Las primeras radiaciones que se ven en un cuerpo sólido los las encarnadas y se producen a partir de los 450 grados. Con temperaturas muy elevadas tenemos las radiaciones violetas. Ahora bien, si a un gas lo llevamos a la incandescencia, este emite un espectro discontinuo formado por un determinado número de líneas brillantes separadas. El número y tonalidades de esas líneas o rayas brillantes es característico de la naturaleza de la sustancia gaseosa incandescente. Para estudiar los vapores metálicos se usan varios métodos. Una veces se calienta una sal del metal, otras se calienta un fragmento o hilo fino del metal. En ambos casos se observan las rayas y tonalidades que dan los gases. Otras veces se encierra al gas y se le somete a descargas eléctricas. Cuanto mayor es la presión, más gruesas son las rayas. Este experimento se suele hacer en tubos Geissler o en un Huevo Eléctrico. El siguiente cuadro comprende los espectros discontinuos de algunos gases o vapores incandescentes, con la indicación de las longitudes de onda y colores de las rayas brillantes de los espectros: Sodio. Tiene 2 rayas amarillas  una con una long. de onda de 0,5896 micrómetros, y otra con 0,5890 um. Potasio. Tiene una raya roja. 0,768 um. Tiene otra raya violeta con una long de onda 0,404 um. Hidrógeno. Tiene una raya roja de 0,656 um. Una raya azul de 0,486 um. Una raya añil de 0,435 um. Una raya violeta 0,410 um.  Otros espectros: HIDROGENO     HELIO     LITIO     BORO     BERILIO     CARBONO

EXPERIMENTO

Experimento de la inversión de la raya de sodio. Si se produce un espectro continuo, y en el trayecto del haz productor del espectro se dispone una llama de sodio, se observa en el amarillo del espectro, en el punto mismo correspondiente a la raya del sodio, la aparición de una raya negra. Se demuestra que en el conjunto de las radiaciones del espectro la llama de sodio absorbe las radiaciones mismas que es susceptible de emitir. Además, toda sustancia transparente atravesada por el haz que pinta un espectro continuo absorbe cierto número de radiaciones del espectro, y de tal absorción resulta la producción en el espectro de cierto número de rayas o franjas negras. A los espectros obtenidos de este modo se les llama espectros de absorción, y algunos de ellos son característicos de las sustancias que los producen.

APLICACIONES

En la producción de espectros de emisión y en los de absorción, se basan numerosas aplicaciones.  1.- Física. Estudio de todas las fuentes de luz, naturales y artificiales, y junto a los diversos espectros de emisión obtenidos de tal suerte ha sido posible, haciendo atravesar medios transparentes, por la radiación espectral, establecer los espectros de absorción de esos diferentes medios. P.e. si se analiza el espectro del vapor de agua, en meteorología se puede predecir el tiempo. 2.- Química. Análisis espectral. Reconocemos la existencia de un elemento, metal, p.e. en una solución, coloreando la llama de un mechero Bunsen por medio de esa solución y observando las rayas del espectro obtenido. Con el espectroscopio se han descubierto elementos como el argón, helio, germanio, galio, talio, cesio y rubidio. En metalurgia se ha usado el espectroscopio para seguir las diversas fases de la combustión del hierro para obtener el acero. 3.- Medicina forense. El espectro de absorción de la sangre humana, permite reconocer la naturaleza de las manchas de sangre. 4.- Astronomía. Constitución del sol y de las demás estrellas y galaxias, como también de los planetas

BIBLIOGRAFÍA

DELGADO, Mª ÁNGELES, LÓPEZ, J. DAMIÁN Y OTROS: La recuperación del material científico de los gabinetes y laboratorios de Física y de Química de los institutos y su aplicación a la práctica docente en secundaria, en XXI Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Servicio editorial UPV, 2004, pp.361-380.

FELIU Y PÉREZ, BARTOLOMÉ, Curso elemental de física experimental y aplicada.

TURPAIN, ALBERTO, Tratado teórico práctico de Física. Editorial Araluce. Barcelona 1931.

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