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: 150875 Grupa: II Nazwiso i imię: Graczy Grzegorz Ocena z olowium:... Ocena z raportu:... Nr. studenta:... Nr. albumu: 148976 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:
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. 413 2 / 6
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. 413 3 / 6
Neon Kolor Rząd φ α λ[nm] λ[nm] D[mm 1 ] D[mm 1 ] pomarańczowy 0 359 22 0 0?? 0 0 niebiesi I 5 16 5 54 570.8 0.77 179.047 0.0026 niebiesi I 5 22 6 0 580.4 0.77 179.015 0.0026 żółty I 5 50 6 28 625.4 0.77 178.856 0.0028 pomarańczowo-żółty I 5 59 6 37 639.8 0.77 178.802 0.0029 pomarańczowy I 6 8 6 46 654.3 0.77 178.747 0.0029 pomarańczowy I 6 12 6 50 660.7 0.77 178.723 0.003 czerwony I 6 19 6 57 671.9 0.77 178.679 0.003 czerwony I 6 25 7 3 681.5 0.77 178.64 0.0031 czerwony I 6 29 7 7 687.9 0.77 178.615 0.0031 fioletowy I 6 37 7 15 700.8 0.77 178.562 0.0032 fioletowy I 6 41 7 19 707.2 0.77 178.536 0.0032 fioletowy I 6 50 7 28 721.6 0.77 178.475 0.0032 niebiesi II 11 25 12 3 579.6 0.38 352.076 0.0104 niebiesi II 12 28 13 6 629.3 0.38 350.641 0.0113 żółty II 12 40 13 18 638.7 0.38 350.354 0.0115 pomarańczowo-żółty II 13 0 13 38 654.4 0.37 349.867 0.0118 pomarańczowy II 13 10 13 48 662.3 0.37 349.619 0.0119 pomarańczowy II 13 25 14 3 674 0.37 349.241 0.0121 czerwony II 13 30 14 8 677.9 0.37 349.114 0.0122 czerwony II 13 35 14 13 681.9 0.37 348.986 0.0123 czerwony II 13 43 14 21 688.1 0.37 348.779 0.0124 fioletowy II 14 0 14 38 701.4 0.37 348.334 0.0126 Rtęć Wodór. Kolor Rząd φ α λ[nm] λ[nm] D[mm 1 ] D[mm 1 ] żółto-zielony 0 359 22 0 0?? 0 0 fioletowy I 4 15 4 53 472.7 0.77 179.347 0.0021 zielony I 5 28 6 6 590.1 0.77 178.982 0.0027 brązowy I 5 48 6 26 622.2 0.77 178.868 0.0028 fioletowy II 9 6 9 44 469.4 0.38 354.823 0.0084 zielony II 11 36 12 14 588.3 0.38 351.834 0.0106 brązowy II 12 20 12 58 623 0.38 350.83 0.0112 Kolor Rząd φ α λ[nm] λ[nm] D[mm 1 ] D[mm 1 ] czerwony 0 359 22 0 0?? 0 0 biały I 4 45 5 23 521 0.77 179.207 0.0023 czerwony I 6 41 7 19 707.2 0.77 178.536 0.0032 biały II 10 14 10 52 523.4 0.38 353.551 0.0094 Grzegorz Graczy i Katarzyna Krasoń, ćw. 413 4 / 6
Rysune 2: Wyres D(α) dla widm I rzędu Rysune 3: Wyres D(α) dla widm II rzędu Grzegorz Graczy i Katarzyna Krasoń, ćw. 413 5 / 6
Obliczenia Jedynymi danymi jaimi dysponujemy są stała siati c = 1 180mm i błąd pomiarowy mierzonego ąta φ = 0 0 30. Dla ażdego pomiaru i otrzymanej wartości φ wyliczamy olejne wartości orzystając z następujących wzorów: α = φ + 0 38 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. 413 6 / 6