skanowanie0087 2

178 Optyka

Zasada pomiaru

Stalą siatki dyfrakcyjnej d nazywamy odległość między środkami sąsiednich szczelin. W celu znalezienia tej wielkości zastosujemy wzór (43.5), który po przekształceniu przyjmie postać:

(43.9)

d — ^m^ sini?

Badania siatki dyfrakcji wykonujemy, stosując światło.o określonej długości fali, najczęściej sodowe (A = 589,6 nm). Wartość kątów t?dla poszczególnych rzędów odczytujemy za pomocą spektrometru zaopatrzonego w dokładną podziafkę kątową. Bieg promieni w spektrometrze siatkowym jest przedstawiony na rys. 43.4. Rozbieżne światło z lampy Z wpada do kolimatora K składającego się ze

Rys. 43.4. Slolik speklromctryczny; D - siatka dyfrakcyjna. K - kolimator, L - lunetka, S|,S₂ -soczewki. Z - źródło Światła

szczeliny Sz i soczewki 5|. Ponieważ szczelina znajduje się w ognisku soczewki, wiązka wychodząca z kolimatora jest równoległa. Po przejściu przez siatkę dyfrakcyjną SD wiązka zostaje skupiona przez soczewkę Si lunetki L, dzięki czemu obserwujemy ostry obraz szczeliny. Lunetka jest wyposażona w krzyż z nitek pajęczych, co pozwala na precyzyjne ustawienie obrazu szczeliny w polu widzenia. Kolimator jest trwale połączony z podstawą spektrometru, natomiast lunetka jest połączona z kątomierzem i może być obracana wokół osi spektrometru. Kątowe położenie lunetki może być odczytywane z dużą dokładnością za pomocą skali kątowej zaopatrzonej w noniusz.

Przebieg ćwiczenia

1.    Znaleźć za pomocą lunetki obraz szczeliny bez siatki, ewentualnie doregulo-wać szerokość szczeliny i ostrość lunetki.

2.    Naprowadzić obraz szczeliny na skrzyżowanie nitek pajęczych i zanotować położenie lunetki - jest to położenie prążka zerowego rzędu t%.

3.    Ustawić na stoliku spektrometru siatkę dyfrakcyjną i odczytać położenie prążków wyższych rzędów po lewej i prawej stronie Ą i t?_p. Znaleźć kąty ugięcia dla każdego rzędu, obliczając różnice I $> - t?, I oraz \ć_v - $>l.

4.    Obliczyć stalą siatki z każdego pomiaru.

5.    Obliczyć wartość średnią i odchylenie standardowe średniej. Jeżeli pomiary tworzą małą serię, pomnożyć je przez współczynnik Studenta-Fishera.

6.    Zaokrąglić wyniki obliczeń i przedstawić ostateczną postać wyniku.

Zestaw ćwiczeniowy

Lampa sodowa, stolik spektromeiryczny (patrz też rozdz. 38), siatka dyfrakcyjna

Pojęcia kluczowe i pytania

•    Falowy charakter światła, zasada Huyghensa

•    Interferencja, warunki wzmocnienia i osłabienia wyrażone przez fazę i przez drogę, spójność (koherencja)

•    Dyfrakcja na pojedynczej szczelinie: zależność obrazu od szerokości szczeliny, położenie minimów, szerokość maksimum

•    Dwie szczeliny: warunek maksimum; od czego zależy odległość między prążkami, a od czego względne natężenie?

•    Siatka dyfrakcyjna: konstrukcja, szerokość maksimów głównych, zdolność rozdzielcza

•    Budowa spektrometru

•    Co należy zmierzyć, a co obliczyć?

•    Noniusz (rozdz. 5)

44. Badanie widm za pomocą spektroskopu

Wprowadzenie

Światło emitowane przez dowolne źródło promieniowania składa się z fal elektromagnetycznych o różnych długościach. Możemy się o tym przekonać, przepuszczając światło przez pryzmat lub siatkę dyfrakcyjną - przyrządy powodujące dyspersją, czyli rozszczepienie światła. Gdy światło białe po przejściu przez wąską podłużną szczelinę pada na pryzmat (rys. 44.1), ulega dwukrotnie załamaniu na ścianach łamiących oraz rozszczepieniu barwnemu polegającemu na różnym odchyleniu promieni o różnych barwach. Promienie czerwone są odchylane najmniej,-a fioletowe najsilniej.

Rozszczepienie jest bezpośrednim następstwem faktu, że współczynnik załamania zależy od długości fali. Dyspersją ośrodka nazywamy pochodną współczynnika załamania względem długości fali:

%»§;    (44.D

CIA.

Wielkość tę możemy przedstawić w postaci funkcyjnej, gdyż znana jest przybliżona zależność współczynnika załamania od długości fali. Ma ona dla ciał przezroczystych postać: