Wydział Elektroniki, Automatyki, Informatyki
kierunek Informatyka
gr. V sekcja 6
Marcin Kądziołka
Paweł Janus
Przemysław Poręba
Temat ćwiczenia:
Widmo kolorów
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest konfrontacja wrażenia barwy światła widzialnego z kształtem widma. W ćwiczeniu dokonujemy pomiarów przepuszczalności światła o różnej długości fali przez kilka kolorowych filtrów. Przy odpowiedniej częstości pomiarów otrzymujemy charakterystykę zależności przepuszczalności od długości fali, która jest wynikiem ćwiczenia.
1. Wstęp teoretyczny
Światło jest to wiązka fal elektromagnetycznych o różnych długościach, które jesteśmy w stanie zobaczyć ludzkim okiem. Zakres długości fal nazywanych światłem jest określona przez czułość oka ludzkiego i wynosi od 400 do 800 nm. Z definicji światłem białym nazywa się światło którego wszystkie fale niosą taką samą ilość energii. Światło widzialne przez człowieka (światło słoneczne) nie jest światłem białym gdyż jest to promieniowanie ciała czarnego nie spełniające dokładnie warunku równomierności widma.
Światło białe składa się z wielu fal o różnych częstotliwościach, które to dopiero po złączeniu dają efekt białej barwy światła. Każdy rodzaj fal składowych światła białego mających tę sama częstotliwość ma określoną barwę. Filtrując światło białe, pozostawiając tylko fale o jednolitych, lub niewiele różniących się częstotliwościach otrzymuje się wrażenie barwy. Światło o dowolnym kolorze określone jest w zupełności przez swoje widmo. Widmo jest to zależność ilości energii niesionej przez fale do jej długości. Każda fala wchodząca w skład światła białego ma swoje widmo. Oko ludzkie nie jest w stanie rozróżnić wszystkich widm. Czułość naszego oka pozwala na rozróżnianie trzech rodzajów widm fal: fali o długości ok. 440 nm. - odpowiadającej barwie niebieskiej, fali o długości ok. 540 nm. - odpowiadającej barwie zielonej i fali o długości ok. 570 nm. - odpowiadającej barwie czerwonej.
W ćwiczeniu tym wykorzystywany jest kolorymetr. Kolorymetr jest to urządzenie składające się z dwóch części: monochromatora i układu fotokomórki. Dzięki monochromatorowi możliwe jest wycięcie z widma światła jednej długości fali za pomocą siatki dyfrakcyjnej. Uzyskany strumień światła monochromatycznego kierowany jest do fotokomórki, która mierzy ilość niesionej przez światło energii.
2. Przebieg ćwiczenia
1. Przed przystąpieniem do właściwych pomiarów w celu obejrzenia widma światła białego zdjęliśmy głowicę z fotokomórką. Obserwując światło z monochromatora zapisaliśmy przybliżone długości fali dla kolorów: czerwonego, zielonego, niebieskiego.
2. Powtórnie założyliśmy głowicę z fotokomórką i założyliśmy pierwszą folię barwną. Dokonując pomiarów w tym ćwiczeniu wybraliśmy folie: czerwoną (166), zieloną (124) i niebieską (165).
3. Ustawiliśmy λ = 400nm. Odsunęliśmy folię barwną z drogi światła i ustawiliśmy miernik regulując wzmocnienie na 100%.
4. Wstawiliśmy folię w drogę światła i odczytaliśmy na mierniku wynik, który jest wartość przepuszczalności filtru o danym kolorze wyrażona w procentach.
5. Pomiary przeprowadziliśmy w całym zakresie fali światła widzialnego od 400 do 800 nm. Długość fali zmienialiśmy co 20nm., jednak gdy przy takiej zmianie długości fali występowały znaczne zmiany przepuszczalności (powyżej 10%), to pomiary przeprowadzaliśmy częściej (co 10 lub nawet co 5 nm.).
6. Po zapisaniu wszystkich pomiarów wymieniliśmy folię barwną i powtórzyliśmy pomiary.
7. W oparciu o wyniki ćwiczenia sporządziliśmy wykres przepuszczalności od długości fali.
3. Uwagi i wnioski
Dzięki dokonywaniu pomiarów przy zmieniającej się przepuszczalności maksymalnie o 10% uzyskaliśmy bardziej dokładną charakterystykę przepuszczalności od długości fali. Jak widać z wykresu nie jest ona charakterystyką idealną, gdyż każdy pomiar obarczony jest mniejszym lub większym błędem, jednak z wykresu można dokładnie odczytać jak zachowuje się światło (fala) o poszczególnej długości po przejściu przez filtr. Jak widać na wykresie fale o różnej długości przy przejściu przez różnokolorowe filtry tracą różną ilość energii.