PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA w PILE

INSTYTUT POLITECHNICZNY

KATEDRA BUDOWY I EKSPLOATACJI MASZYN

SPRAWOZDANIE

z ćwiczenia laboratoryjnego

nt. „Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą siatki dyfrakcyjnej”

WYKONAŁ	GRUPA	DATA	OCENA
Adam Koper Krzysztof Jiers	I	17.03.2002

Spis teści:

1. Wstęp

2. Cel ćwiczenia

3. Przebieg ćwiczenia

4. Tabela wyników pomiarów

5. Wnioski

1. Wstęp

Siatkę dyfrakcyjną stanowi szereg szczelin umieszczonych w równych od siebie odległościach w nieprzeźroczystym ekranie. W praktyce siatkę dyfrakcyjną otrzymuje się najczęściej przez porysowanie płasko-równoległej płytki szklanej za pomocą diamentu szeregiem równoległych kresek.

Nieprzeźroczyste 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 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 zaś 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 światła padającego (Rys. 1)

Warunek wzmocnienia promieni ugiętych na siatce dyfrakcyjnej ma postać

d - stała siatki - odległość między sąsiednimi szczelinami

n -rząd widma (n może być równe 1, 2, 3, ....)

Przy każdej wartości długości fali l 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 umieścimy soczewkę zbierającą, a w pewnej odległości od niej ekran - to powstaną na nim oprócz smugi odpowiadającej promieniom nie ugiętym po jej obu stronach barwne widma (Rys. 2).

Schemat doświadczalny przedstawiony na Rys. 2 można zmienić umieszczając na miejscu soczewki oko obserwatora, co miało miejsce w naszym przypadku.

Soczewka oczna wytworzy na siatkówce obraz promieni ugiętych. Obserwator wyobrazi sobie, że na przedłużeniu wiązek ugiętych znajdują się barwne źródła światła (Rys. 3).

W oparciu o powyższe rozważania możemy wyznaczyć długość fali świetlnej posługując się następującym urządzeniem (Rys 4).

Lampa L (dająca widmo liniowe, najczęściej lampka neonowa) wysyła przez wąską prostokątną szczelinę w ekranie E wiązkę promieni w przybliżeniu równoległych.

Znajdujące się poza siatką dyfrakcyjną S oko obserwatora ujrzy na ekranie E szereg barwnych prążków z prawej i lewej strony szczeliny.

Jest to widmo pozorne, widziane przez obserwatora na tle ekranu na przedłużeniu wiązek ugiętych wchodzących do oka.

Zależnie od wielkości stałej siatki możemy obserwować na ekranie 1, 2, lub nawet kilka rzędów widm.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie długości fal świetlnych przy użyciu siatki dyfrakcyjnej

3. Przebieg ćwiczenia

Aby wyznaczyć długość światła linii obserwowanej na ekranie musimy znać odpowiadający jej kąt ugięcia, dający wzmocnienie fali świetlnej danej barwy.

1. Kolejność czynności

1. Umieszczamy siatkę dyfrakcyjną o stałej d=1,7mm na statywie - równolegle do ekranu (dsinα=nλ
   mm)

2. Spoglądamy przez siatkę na ekran i obserwujemy barwne prążki.

3. Za pomocą miary dokonujemy pomiaru x_c dla barwy czerwonej, x_f dla barwy fioletowej oraz x_z dla barwy zielonej (Rys. 5).

4. Tabela wyników pomiarów

Tabela nr.1

Lp	Stała siatki d [mm]	Barwa	Odległość między prążkami na ekranie x [mm]	Odległość siatki od ekranu l [mm]
1	1,7	Fiolet	80	300	0,000444
2	1,7	Zieleń	95	300	0,000527
3	1,7	Czerwień	110	300	0,000611

B. Obliczenia

Fiolet

Zielony

Czerwony

TABELA DŁUGOŚCI FAL

Tabela nr.2

BARWA	DŁUGOŚĆ FALI
Fiolet	0,40 - 0,45 μm
Zieleń	0,49 - 0,56 μm
Czerwień	0,61 - 0,70 μm

Obliczamy niepewność pomiarową:

δx=λ(d+x+l)

λ= ± δx

FIOLET

ZIELEŃ

CZERWIEŃ

Tabela nr.3

BARWA	DŁUGOŚĆ FALI μm
FIOLET	0,444 ± 0,006 μm
ZIELONY	0,527 ± 0,008 μm
CZERWIEŃ	0,611 ± 0,008 μm

5. WNIOSKI :

Porównując wyniki zawarte w tabeli nr.2 z wynikami otrzymanymi w obliczeniach podczas wykonywania doświadczenia - (tabela nr.3) możemy stwierdzić, że całe doświadczenie zostało wykonane prawidłowo, gdyż wyniki są porównywalne.

FIZYKA

Str.1

PIŁA 2002

wiązka pierwotna

Rys.1

α

wiązka

ugięta

wiązka nieugięta

soczewka

zbierająca

ekran

Rys. 2

Rys. 3

Kierunek, w którym obserwator widzi pozorne źródło światła

Oko

Oko

x₁

l

E

S

L

α

α

Rys. 4

Rys. 5

X_f

X_z

X_c

---