LABORATORIUM FIZYKI
Politechnika Częstochowska
ĆWICZENIE NR 17
TEMAT: POMIAR STAŁEJ SIATKI DYFRAKCYJNEJ ZA
POMOCĄ SPEKTROMETRU.
WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY
ROK I SEMESTR II
GRUPA I
DRÓŻDŻ DARIUSZ
Zjawisko dyfrakcji i interferencji światła.
Siatkę dyfrakcyjną stanowi szereg szczelin umieszczonych w równych od siebie odległościach w nieprzezroczystym ekranie. W praktyce siatkę dyfrakcyjną otrzymuje się najczęściej przez porysowanie płasko-równoległej płytki szklanej za pomocą diamentu szeregiem kresek równoległych. Te nieprzezroczyste rysy odgrywają rolę zasłon, a przestrzenie między rysami - to szczeliny. Jeśli na siatkę dyfrakcyjną prostopadle do jej powierzchni pada wiązka promieni równoległych, to zgodnie z zasadą Huyghensa - każda szczelina staje się źródłem drgań i wysyła promienie we wszystkich kierunkach, a więc nie tylko w kierunku promieni padających.
Zjawisko to nazywa się dyfrakcją, czyli uginaniem prostoliniowego biegu promieni. Promienie ugięte mogą nakładać się, czyli interferować ze sobą, gdyż są promieniami spójnymi: znaczy to, że różnice faz między nimi zależą tylko od różnic dróg geometrycznych, nie zależą od czasu. Biorąc pod uwagę wiązki promieni ugiętych zauważyć można, że w pewnych kierunkach promienie te będą się wzmacniały, w innych zaś - wygaszały (częściowo lub zupełnie). Promienie ugięte będą się wzmacniać, jeśli różnice dróg dwóch sąsiednich promieni będą równe całkowitej wielokrotności długości fali światła padającego. Warunek wzmocnienia promieni ugiętych na siatce dyfrakcyjnej ma postać
nλ = d sin ϕ
gdzie d oznacza odległość między sąsiednimi szczelinami, czyli tzw stałą dyfrakcyjnej, n - jest to rząd widma. Przy każdej wartości długości fali λ oraz przy każdym n - kąt wzmacniania się promieni ugiętych jest inny, a więc kierunki wzmacniania promieni różnych barw są różne.
W wyniku tego obserwujemy następujące zjawisko: Jeśli poza siatką dyfrakcyjną, na którą pada wiązka promieni równoległych, umieścić soczewkę zbierającą, a w pewnej odległości ekran - to powstaną na nim oprócz smugi odpowiadającej promieniom nie ugiętym barwne widma po obu stronach wiązki nie ugiętej.
Wyznaczanie stałej siatki dyfrakcyjnej
Do wyznaczania stałej siatki dyfrakcyjnej używamy specjalnego urządzenia nazywanego spektrometrem. Po zbadaniu wartości kąta ugięcia fali świetlnej możemy obliczyć stałą siatki dyfrakcyjnej korzystając ze wzoru:
λ - długość fali świetlnej
n - rząd widma
ϕ - kąt ugięcia fali świetlnej
Rząd widma n
|
Położenie kątowe n-tego prążka
na prawo na lewo
|
Średnia wartość kąta ugięcia
|
d |
dśr. |
|
I
|
|
|
|
|
|
II
|
|
|
|
|
|
III
|
|
|
|
|
|