Un espectrómetro es un instrumento que sirve para medir los espectros, esto es, mide la intensidad emitida por una fuente de luz dependiendo del color (longitud de onda). En 1859 el químico Robert Bunsen y el físico Gustav Kirchhoff calentaron numerosos elementos químicos hasta la incandescencia, y mostraron que la llama de cada uno de ellos producía su propio espectro.
· Figura 1a Espectro de una lámpara de filamento. |
 Figura 1b Espectro de una lámpara de mercurio. |
 Figura 1c Espectro de una lámpara ahorradora. |
Si la luz proviene de una lámpara incandescente, el espectro formado es el arcoíris continuo, (Fig. 1a). El ejemplo más simple y conocido es el arcoíris que se forma en el cielo en cuyo caso los prismas corresponden a las gotas de agua y la fuente puede ser el sol. Si la fuente es una lámpara de mercurio (mercurio evaporado y excitado) entonces el espectro está formado por unas cuantas líneas (azul, verde, amarillo), (Fig. 1b). Si la fuente es una lámpara ahorradora que contiene varios elementos químicos entonces su espectro está formado por diferentes líneas emisión correspondientes a las que emiten los elementos contenidos en la lámpara por separado (Fig. 1c).
En la Figura 2 se muestra la fuente de luz, nuestro espectrómetro y el celular que usamos para fotografiar el espectro de las lámparas.
· Figura 2. Ensamble
En la facultad de Ciencias Físico-Matemáticas de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla hemos desarrollado un espectrómetro escolar. Los espectros son fotografiados con un celular de gama media y la imagen del espectro es analizada en una computadora personal usando software libre para conocer los valores de las longitudes de onda y las intensidades. Este software lo pueden descargar en https://imagej.nih.gov/ij/index.html.
A continuacion presentamos el procedimiento que puede seguirse para construir un espectrómetro como el mencionado.
Materiales:
½ Navaja: Super Sharp High Quality Blades que pueden conseguir en tiendas de productos para estilistas.
Rejilla de difracción (laserclassroom.com/product/educational-diffraction-grating-set-of-30/)
Rondana de 1”
2 tapas de tubo CPVC de 1”
1 tubo CPVC de 1”
Papel terciopelo negro
1 lente plano-convexa
Figura 3. Materiales
La lente plano-convexa fue extraída de unos binoculares de bajo costo, a esta lente se le hicieron pruebas para conocer su calidad y saber su distancia focal. Un método sencillo para conocer la distancia focal de la lente es proyectando la imagen del sol, la distancia focal es la distancia entre la lente y la pantalla. Aunque existen varias marcas de binoculares de juguete algunas lentes son buenas y otras no tanto por lo que nuestra recomendación es que se use la marca “Look see telescope” mostrada en las fotografías.
El tubo CPVC se corta a la medida de la distancia focal de la lente para colimar el haz que pasa por las rendijas hechas por el filo de la navaja, esta rendija se construye pegando la navaja sobre la rondana para mantener una apertura fija. Para poder realizar una rendija de aproximadamente .08 mm puede apoyarse del grosor del sobrante de su navaja usando esto como separación fija entre las navajas que va a pegar a la rondana. A las tapas del tubo se le hacen perforaciones de 7mm para permitir el paso de la luz en la rendija y poder observar el espectro del lado de la rejilla de difracción.
Se coloca el papel terciopelo dentro del tubo CPVC para evitar los reflejos dentro de este y poder obtener una imagen más nítida. Siguiendo el esquema (Fig. 4) colocamos las piezas en su lugar.
Figura 4. Lentes de binoculares
Haciendo un análisis de las fotografías con el software libre: ImageJ, podemos graficar la irradiancia contra el número de píxel en nuestro computador lo que nos permite conocer la longitud de onda de la línea de emisión. En este ejemplo graficamos el espectro tanto para la lámpara ahorradora como la lámpara de mercurio y observamos cómo las líneas de emisión coinciden en ambas gráficas en el mismo número de pixel, es decir, en la misma longitud de onda, lo que nos permite saber que la lámpara ahorradora contiene mercurio en su interior.
Figura 5. Esquema del interior del espectrómetro
Nota:
Si tiene dificultad(es) para la construcción y/o conseguir la rejilla de difracción, puede contactarnos a: [email protected]