Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą spektrometru siatkowego

Transkrypt

1 Politechnia Łódza FTIMS Kierune: Informatya ro aademici: 2008/2009 sem. 2. Termin: 16 III 2009 Nr. ćwiczenia: 413 Temat ćwiczenia: Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą spetrometru siatowego Nr. studenta:... Nr. albumu: Grupa: II Nazwiso i imię: Graczy Grzegorz Ocena z olowium:... Ocena z raportu:... Nr. studenta:... Nr. albumu: Grupa: I Nazwiso i imię: Krasoń Katarzyna Ocena z olowium:... Ocena z raportu:... Data wyonania ćw.: 9 III 2009 Data oddania raportu: 16 III 2009 Uwagi:

2 Wstęp Celem ćwiczenia było wyznaczenie długości fal świetlnych emitowanych przez rozrzedzone gazy oraz wyznaczenie następnie dyspersji ątowej siati dyfracyjnej dla różnych długości fal świetlnych i różnych rzędów widma. Przed wyonaniem ćwiczenia należało zapoznać się z zasadą budowy spetrometru siatowego. Opis metody Płasa fala świetlna ugina się na szczelinach siati dyfracyjnej, w wyniu czego ażda szczelina siati staje się źródłem fali o symetrii osiowej (w przybliżeniu). Spójne fale pochodzące ze wszystich (oświetlonych) szczelin naładając się na siebie dają główne masima interferencyjne w ierunach odchylonych od pierwotnego ierunu biegu światła pod ątami α spełniającymi warune: gdzie: c sin(α) = λ, (1) c - stała siati (suma szeroości szczeliny i przesłony) - liczba całowita, rząd widma λ - długość fali Dyspersja ątowa siati zdefiniowana jest wzorem: D = dα dλ. A zatem przy użyciu wzoru (1), może zostać wyrażona jao D = c sin(α) (2) Schemat uładu pomiarowego Spetrometr siatowy słada się z olimatora 1, siati dyfracyjnej 2 umieszczonej na stoliu zaopatrzonym w salę ątową 3 oraz luneti 4, tórą można obracać względem pionowej osi leżącej w płaszczyźnie siati dyfracyjnej. Grzegorz Graczy i Katarzyna Krasoń, ćw / 6

3 Rysune 1: Schemat spetrometru siatowego Wychodząca z olimatora płasa fala świetlna pada prostopadle na siatę i ugina się na jej szczelinach. Fale ugięte pod ątem α zostają zebrane przez obietyw luneti, dając obraz szczeliny olimatora w płaszczyźnie M jego ognisowej. Obraz ten jest jasny wówczas, gdy ąt α spełnia warune (1). Obrazy szczeliny można obserwować przez oular luneti, a na sali ątowej stolia odczytać ich położenie ątowe. Mierząc ąt ugięcia α dla prążów o różnych barwach można wyznaczyć odpowiadające im długości fal: λ = c sin(α). (3) Źródłami badanego światła są ruri Plüera zasilane z odpowiedniego zasilacza wysoiego napięcia. Wynii pomiarów Pomiary zostały przeprowadzone olejno dla 3 gazów: Neonu, Rtęci oraz Wodoru. Grzegorz Graczy i Katarzyna Krasoń, ćw / 6

4 Neon Kolor Rząd φ α λ[nm] λ[nm] D[mm 1 ] D[mm 1 ] pomarańczowy ?? 0 0 niebiesi I niebiesi I żółty I pomarańczowo-żółty I pomarańczowy I pomarańczowy I czerwony I czerwony I czerwony I fioletowy I fioletowy I fioletowy I niebiesi II niebiesi II żółty II pomarańczowo-żółty II pomarańczowy II pomarańczowy II czerwony II czerwony II czerwony II fioletowy II Rtęć Wodór. Kolor Rząd φ α λ[nm] λ[nm] D[mm 1 ] D[mm 1 ] żółto-zielony ?? 0 0 fioletowy I zielony I brązowy I fioletowy II zielony II brązowy II Kolor Rząd φ α λ[nm] λ[nm] D[mm 1 ] D[mm 1 ] czerwony ?? 0 0 biały I czerwony I biały II Grzegorz Graczy i Katarzyna Krasoń, ćw / 6

5 Rysune 2: Wyres D(α) dla widm I rzędu Rysune 3: Wyres D(α) dla widm II rzędu Grzegorz Graczy i Katarzyna Krasoń, ćw / 6

6 Obliczenia Jedynymi danymi jaimi dysponujemy są stała siati c = 1 180mm i błąd pomiarowy mierzonego ąta φ = Dla ażdego pomiaru i otrzymanej wartości φ wyliczamy olejne wartości orzystając z następujących wzorów: α = φ λ = c sin α D = c cos α λ = λ ctg α φ D = D tg α φ Proces obliczeń został wyonany wsadowo dla ażdego wiersza tabeli i nie został uwzględniony w sprawozdaniu. Wniosi Zgodnie z oczeiwaniami dla różnych gazów prążi w olorach o tych samych nazwach mają zbliżone do siebie długości fal. Długości fal o więszych długościach porywają się z przewidywaniami odczytanymi z tablic. Dla olorów niebiesiego i zielonego. Zgodnie z tablicami ich długości mają poniżej 500 nanometrów. Stosunowo mały błąd pomiarowy wynia z tego iż teoretycznie spetrometr pozwala na bardzo doładne zmierzenie ąta. Sprzet jedna posiada ila niedoładności - dla przyładu prąże 0 rzędu znajduje się o 76 wartości błędu od miejsca oczeiwanego pobytu. Bibliografia Praca zbiorowa pod red. Grzegorza Derfla, Instrucje do ćwiczeń i Pracowni Fizycznej, Instytut Fizyi PŁ, Łódź 1998 Grzegorz Graczy i Katarzyna Krasoń, ćw / 6