TEMAT 3 długość�li, spektometr

Temat ćwiczenia:

POMIAR DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU

Część teoretyczna:

Dyfrakcja (ugięcie fali) - zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko to zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest obserwowane dla tych o rozmiarach porównywalnych z długością fali.

Interferencja - jest to nakładanie się w danym punkcie przestrzeni przeliczonej liczby fal, która może prowadzić do wzmocnienia lub wygaszenia, w zależności od różnicy faz. Maksimum natężenia występuje w punktach, w których interferujące fale będą zgodne w fazie, czyli różnica faz będzie równa:

φ = m * 2Π (gdzie m = 0, ±1, ±2, …)

Siatka dyfrakcyjna - przyrząd do przeprowadzenia analizy widmowej. Tworzy ją układ równych, równoległych i jednakowo rozmieszczonych szczelin.

0x01 graphic

Stała siatki dyfrakcyjnej to parametr charakteryzujący siatkę dyfrakcyjną. Wyraża on rozstaw szczelin siatki (odległość między środkami kolejnych szczelin).

Im większa liczba szczelin tym ostrzejszy jest obraz dawany przez siatkę.

dsin (α_n) = nλ,

gdzie:

λ - długość fali

d - stała siatki

n - rząd widma

Budowa siatki dyfrakcyjnej:

Jest to przezroczysta lub półprzezroczysta płytka - kryształowa, szklana lub z tworzywa sztucznego z wielką liczbą malutkich szczelin (do ponad 1000 na 1mm) o takiej samej wielkości i w równej odległości od siebie. Szczeliny te powodują ugięcie przechodzącej wiązki światła - zachodzi jej dyfrakcja Zebrane przez soczewkę poszczególne wiązki mogą ulegać interferencji dając na ekranie obraz interferencyjno-dyfrakcyjny. Odległość między szczelinami (ich środkami) nazywa się stałą siatki (d). Jako pierwszy w swoich doświadczeniach prymitywną siatkę dyfrakcyjną zastosował angielski fizyk Thomas Young. Typowa siatka dyfrakcyjna posiada 12000 szczelin na cal (tj. na 2,54 cm) szerokości. Stała takiej siatki wynosi 2116 nm (d = 2,54cm/12000).

Została wynaleziona w 1821 roku przez Fraunhofera. Była pierwszym instrumentem pozwalającym wyznaczyć długość fal świetlnych. Prążki jasne powstają dla kątów α_n spełniających warunek:

dsin(α_n) = nλ

gdzie:

λ - długość fali

d - stała siatki

n - rząd ugięcia

Spektrometr - przyrząd pomiarowy pozwalający na określenie rozkładu natężenia I, promieniowania elektrycznego w funkcji długości fali λ, czyli na sporządzenie widma (spektrum) I = f(λ). Każdy spektrometr, aby właściwie spełniał swoje zadania musi być wyskalowany za pomocą źródła promieniowania o znanym widmie (np. za pomocą lampy neonowej, rtęciowej itp.). Oznacza to, że w przyrządach dyspersyjnych należy jednoznacznie przyporządkować kąt pomiaru  - długości fali  (zależność:  = f().

Budowa Spektometru

0x01 graphic

Przykładowy odczyt noniusza

0x01 graphic

Tabele pomiarowe:

SIATKA DYFRAKCYJNA 600mm
Rząd obrazu n	Barwa linii	Położenie obrazu ugiętego		Średni kąt ugięcia φ
Rząd obrazu n	Barwa linii			Średni kąt ugięcia φ	Prawo	Lewo
1	fioletowy	14°00'	14°18'	14°09'
1	niebieski	15°00'	15°25'	15°12'
1	zielony	17°40'	17°25'	17°32'
1	żółty (I dublet)	19°40'	19°21'	19°30'
1	żółty (II dublet)	20°03'	20°50'	20°26'
1	czerwony	22°00'	22°13'	22°06'

φ	długość	nm
14.15000	0.00041	407.4355
15.20000	0.00044	436.9820
17.53000	0.00050	502.0085
19.50000	0.00056	556.3448
20.43000	0.00058	581.7713
22.10000	0.00063	627.0404

SIATKA DYFRAKCYJNA 50mm
Rząd obrazu n	Barwa linii	Położenie obrazu ugiętego		Średni kąt ugięcia φ
Rząd obrazu n	Barwa linii			Średni kąt ugięcia φ	Prawo	Lewo
1	fioletowy	1°12'	1°10'	1°11'
1	niebieski	1°16'	1°15'	1°16'
1	zielony	1°30'	1°27'	1°28'
1	żółty (I dublet)	1°36'	1°35'	1°36'
1	żółty (II dublet)	1°41	1°40'	1°40'
1	czerwony	1°47'	1°45'	1°46'