DYFRAKCJA SWIATLA1, Księgozbiór, Studia, Fizyka


Politechnika Śląska

Wydział : Mechaniczny Technologiczny

Kierunek : Mechanika i Budowa Maszyn

Grupa : 6

FIZYKA

Temat: Dyfrakcja światła .

Sekcja 2

Autorzy :

1. Lipka Piotr

2. Respondek Leszek

  1. Wstęp .

Siatkę dyfrakcyjną stanowi szereg szczelin umieszczonych w równych od siebie odległościach na nieprzeźroczystym ekranie . W praktyce siatkę dyfrakcyjną otrzymuje się przez porysowanie płasko równoległej płytki szklanej za pomocą diamentu szeregiem równoległych kresek . 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 Huygensa , każda szczelina staje się źródłem kulistej fali wtórnej o tej samej częstości co fala pierwotna 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 różnicy dróg geometrycznych , nie zależą zaś od czasu . Biorąc pod uwagę wiązki promieni ugiętych zauważyć można , że w pewnych kierunkach promienie te będą się wzajemnie 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 ma postać :

n * l = d * sin a , gdzie d oznacza odległość między sąsiednimi szczelinami czyli tzw. stałą siatki dyfrakcyjnej , n jest to rząd widma ( n = 1 , 2 , 3 .....) .

  1. Schemat układu i przebieg ćwiczenia .

Celem naszego ćwiczenia jest wyznaczenie stałej siatki dyfrakcyjnej - d , a także współczynnika załamania światła dla pryzmatu , po czym mierzymy kąt minimalnego odchylenia .

W pierwszej części ćwiczenia za pomocą spektrometru ( rysunek 1) znajdujemy kolejne kąty ugięcia . Umieszczamy siatkę dyfrakcyjną na stoliku spektrometru . Przez lunetę ustawioną na wprost kolimatora widzimy nieugięty obraz szczeliny . Patrząc w okular obracamy lunetę , aż ujrzymy w polu widzenia prążek pierwszego rzędu . Przy dalszym obrocie lunetki w tymże kierunku dostrzec można jeszcze prążek drugiego , trzeciego , a nawet czwartego rzędu . Powracając lunetką do początkowego położenia na wprost kolimatora i przesuwając ją w przeciwną stronę ujrzymy także prążki I , II , III i IV rzędu . Kierując krzyż lunetki tak aby zawsze pokrywał się z prążkiem notujemy kąty dla poszczególnych rzędów z lewej i prawej strony od prążka zerowego . To ćwiczenie powtarzamy pięciokrotnie .

Rysunek 1

W drugiej części ćwiczenia użyliśmy również spektrometru , na stoliku którego ustawiliśmy pryzmat by obliczyć współczynnik załamania światła (rysunek2) . Pryzmat ustawiony został krawędzią łamiącą na wprost do kolimatora . Przez lunetę ustawioną prostopadle do kolimatora szukamy prążka , powstałego w wyniku załamania światła w pryzmacie . Patrząc w okular obracamy lunetkę w prawa stronę do momentu , aż w krzyżyku lunetki ujrzymy prążek i notujemy ze skali pod jakim kątem on się znajduje . Następnie wracamy lunetką do początkowej fazy ćwiczenia i poszukujemy prążka z lewej strony , następnie zapisujemy pod jakim katem się znajduje . Ćwiczenie to powtarzamy trzykrotnie .

Rysunek 2

W ostatniej części ćwiczenia mierzymy kąt minimalnego odchylenia za pomocą spektrometru i umieszczonego na jego stole pryzmatu .

  1. Opis metody pomiarowej .

W oparciu o powyższe rozważania możemy wyznaczyć stałą siatki dyfrakcyjnej posługując się laserem o znanej długości fali światła , siatką dyfrakcyjną oraz spektrometrem .

Chcąc wyznaczyć stałą siatki dyfrakcyjnej musimy znać odpowiadający jej kąt ugięcia dający wzmocnienie fali świetlnej . W tym celu posługując się spektrometrem ustawiamy lunetkę w pozycjach w których następuje wzmocnienie fali światła sodowego przechodzącego przez siatkę dyfrakcyjną umieszczoną na stoliku spektrometru . Znając kąty ugięcia poszczególnych rzędów (n) możemy z warunku n * l = d * sin an obliczyć d - czyli stałą siatki :

Chcąc wyznaczyć współczynnik załamania światła dla pryzmatu musimy znać oba kąty ( ) , przez które przechodzi wiązka światła rozbitego w pryzmacie . Współczynnik ten możemy obliczyć za pomocą wzoru :

Aby obliczyć kąt minimalnego odchylenia korzystamy z następującego wzoru :

  1. Obliczenia i rachunek błędów .

    1. Stała siatki dyfrakcyjnej

Obliczamy kąt ugięcia ze wzoru :

Gdzie : an- jest kątem ugięcia prążka n- tego rzędu , anl - jest kątem prążka n-tego rzędu na lewo od prążka zerowego , anp - jest kątem prążka n-tego rzędu na prawo od prążka zerowego .

Pomiary wykonano pięciokrotnie , tak więc kąt , który będziemy brali pod uwagę do dalszych obliczeń , obliczamy ze wzoru na średnią arytmetyczną :

Według powyższego wzoru wyliczono następujące wartości kąta ugięcia dla kolejnych prążków .

Pomiar

Kąty ugięcia [0]

a1

a2

A3

a4

1

6,02

12,50

19,50

27,20

2

6,10

12,50

19,50

27,20

3

6,05

12,45

19,50

27,05

4

6,0

12,55

19,55

27,10

5

6,12

12,50

19,55

27,20

Śr

6,06

12,50

19,52

27,15

Max Odchylenie

0,06

0,05

0,03

0,05

Pomiary dokonano z dokładnością do 1/3 = 0,(33) [0] . Błąd ten jest większy od każdego z maksymalnych odchyleń od średnich dla kolejnych kątów, tak więc do obliczeń przyjęto błąd Da = 1/3 [0] . Stałą siatki obserwowanego prążka wyznaczono z wzoru :

Wstawiając dane otrzymano cztery stałe siatki . Błędy uzyskanych wartości l liczono z różniczki zupełnej :

    1. Wyznaczenie współczynnika załamania światła dla pryzmatu.

Obliczamy współczynnik załamania światła dla pryzmatu ze wzoru :

Rysujemy tabelę pomiarową :

Pomiar

1

226,35

138,20

2

226,25

138,25

3

226,25

138,25

Śr.

226,28

138,23

Max wychylenie

0,07

0,02

    1. Pomiar kąta minimalnego odchylenia .

Aby zmierzyć kąt minimalnego odchylenia odejmujmy od kąta ( ) - kąt pomiędzy lunetką , a kolimatorem ustawionymi w punkcie początkowym ( ) posługując się wzorem :

Następnie gdy obliczyliśmy tenże kąt podstawiamy go do następującego wzoru by obliczyć :

Pomiar

1

207,10

2

207,15

3

207,15

4

207,15

5

207,15

Śr.

207,14

  1. Podsumowanie .

Stała siatki dyfrakcyjnej wynosi :

Współczynnik załamania światła dla pryzmatu wynosi :

Kąt minimalnego odchylenia wynosi :

1

2



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Dyfrakcja, Księgozbiór, Studia, Fizyka
Dyfrakcja de luxe, Księgozbiór, Studia, Fizyka
06 Badanie zaleznosci sily, Księgozbiór, Studia, Fizyka
metoda Bragga, Księgozbiór, Studia, Fizyka
Kopia cechowanie termopary, Księgozbiór, Studia, Fizyka, Biofizyka
Drgania har. -Aga, Księgozbiór, Studia, Fizyka
Wyznaczanie energii maksymalnej promieniowania beta, Księgozbiór, Studia, Fizyka
IS1, Księgozbiór, Studia, Fizyka
Analiza spr, Księgozbiór, Studia, Fizyka
LABFIZ08, Księgozbiór, Studia, Fizyka
bragg, Księgozbiór, Studia, Fizyka
Kopia hematokryt, Księgozbiór, Studia, Fizyka, Biofizyka
rezyst, Księgozbiór, Studia, Fizyka

więcej podobnych podstron