Práctica 3:
La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía
SESIÓN 1: FORMACIÓN DE IMAGEN Y
SISTEMAS ÓPTICOS
Alumno: GABRIEL TURRIÓN HERNÁNDEZ
Grupo: 6
Fecha de realización: 03/05/2013
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Asignatura: Laboratorio primero, Profesor: S. Velasco, Carrera: Física, Universidad: USAL
Tipo: Apuntes
2012/2013
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Práctica 3:
La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía
SESIÓN 1: FORMACIÓN DE IMAGEN Y
SISTEMAS ÓPTICOS
Alumno: GABRIEL TURRIÓN HERNÁNDEZ
Grupo: 6
Fecha de realización: 03/05/
Práctica 3: La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía Laboratorio de Física Sesión 1: Formación de imagen y sistemas ópticos 1º Grado en Física
1. Objetivos de la práctica El objetivo de la práctica es calcular las distancias focales de distintas lentes (tanto convergentes como divergentes), en particular trabajaremos con una de cada, además, utilizaremos dichas lentes para crear un expansor de haz y para entender el mecanismo tanto del microscopio como del telescopio. 2. Procedimiento experimental La práctica la comenzaremos calculando la distancia focal de una lente convergente, para ello, iluminando con luz blanca un objeto traslucido obtendremos una imagen real detrás de la lente. El proceso viene explicado en el guión, tomaremos 5 medidas que están reflejadas en la tabla de datos.
La segunda parte consiste en el cálculo de la distancia focal de una lente divergente con el mismo material que hemos utilizando anteriormente, midiendo la posición de la imagen de un objeto al atravesar ambas lentes podremos determinar la distancia focal de la lente divergente (siguiendo el esquema).
Continuaremos con el análisis del telescopio y del microscopio y por último determinaremos el radio (o diámetro) de un laser a través de un expansor de haz que consiste en dos lentes mediante las cuales nosotros podremos ampliar un haz tal y como indica el esquema.
2.a) Determinación de la distancia focal de una lente divergente
Como hemos indicado anteriormente, mediante un sistema óptico basado en dos lentes (una divergente y una convergente) podremos determinar la distancia focal de la lente divergente. Para ello utilizaremos las leyes de las lentes siguiendo el esquema que se muestra a continuación.
Práctica 3: La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía Laboratorio de Física Sesión 1: Formación de imagen y sistemas ópticos 1º Grado en Física
Realizaremos una sola medida
F’(cm) S’(cm) d(cm) 20,7 53,2 25,
Siendo F’ la distancia focal de la convergente, S’ la distancia a la que se forma la imagen procedente de la convergente y d la distancia entre ambas lentes 3.c) Expansor de haz. Tomaremos la distancia y el diámetro de modo que.
distancia diametro 24,4 8mm
4. Resultados y errores 4.a) Determinación de la distancia focal y aumentos de una lente convergente I. Cálculo de la focal por el método del valor medio
s (cm) s ' (cm) f ' (cm) esc f ' (cm)
esc s = cm esc s '= cm
Valor medio: f ' 20,7 cm Error estadístico: est (^) f ' 0,8 cm Error de escala: (^) esc f ' 0,8 cm Error total: f ' 0,8 cm
Práctica 3: La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía Laboratorio de Física Sesión 1: Formación de imagen y sistemas ópticos 1º Grado en Física
Recordamos que el error final se calcula mediante la regla de la cuadratura.
Resultado final: f ' f ' 20,7 0,8 cm Error relativo: er^ (^ f^ ') 3,8%
II. Cálculo de la focal por regresión lineal
1 (cm 1 )
s
1 (cm 1 )
s '
0,04 0, 0,02 0, 0,04 0, 0,03 0, 0,04 0,
Ajustándolo a una recta de manera
Pendiente: a= 0, Término independiente: b= 0, Coeficiente de correlación: r= 0,
-0,045 -0,04 -0,035 -0,03 -0,025 -0,
0
0,
0,
0,
0,
0,025f(x) = 0,9140722291x + 0, R² = 0,
Práctica 3: La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía Laboratorio de Física Sesión 1: Formación de imagen y sistemas ópticos 1º Grado en Física
Luego, para nuestros datos:
Con lo cual nuestro radio buscado será:
5. Conclusiones El resultado por ambos métodos nos sale con un error bastante aceptable, sin embargo, el resultado de ambas difiere, con lo que consideramos que probablemente el error provenga de alguna de las medidas tomadas, la posible solución habría sido tomar más, para ser más exactos, hay una medida que se separa bastante de la recta de regresión como se ve en la gráfica con lo que podemos considerar que es posible que esa sea la razón de la diferencia entre ambas soluciones.
Práctica 3:
La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía
SESIÓN 2: ANÁLISIS ESPECTRAL DE LA
LUZ. DIFRACCIÓN
Alumno: GABRIEL TURRIÓN HERNÁNDEZ
Grupo: 6
Fecha de realización:03/05/
Práctica 3: La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía Laboratorio de Física Sesión 2: Análisis espectral de la luz. Difracción 1º Grado en Física
4. Resultados
4.a) Lámpara incandescente La lámpara incandescente emite un espectro contino de luz, todos los colores se ven con una intensidad similar, destacando la luz roja. La mayor parte del espectro se encuentra en la zona infrarroja, es decir, la mayor parte de la energía que emite la lámpara se disipa en forma de calor, no es una lámpara eficiente puesto que la mayor parte de la luz emitida no puede ser captada por el ojo humano.
Espectro medido:
4.b) Lámpara de bajo consumo (fluorescente compacta) La lámpara de bajo consumo es mucho más eficiente que la anterior puesto que emite mucha mas radiación en el espectro visible que la anterior. Es un espectro discontinuo el que observamos, destacan tres picos en dicho espectro, que son las que se corresponden con luz roja, violeta y azul.
Práctica 3: La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía Laboratorio de Física Sesión 2: Análisis espectral de la luz. Difracción 1º Grado en Física
Espectro medido:
4.c) LED de luz blanca. El led de luz blanca emite casi únicamente en la zona del espectro de luz visible, es un espectro amplio pero dentro del espectro visible por lo que será mucho más eficiente que, por ejemplo, la lámpara incandescente. Es un espectro casi continuo destacando colores como el azul, el verde y el violeta.
Espectro medido:
Práctica 3: La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía Laboratorio de Física Sesión 2: Análisis espectral de la luz. Difracción 1º Grado en Física
Aplicando una rendija vertical, como haremos, obtendremos una difracción a lo largo de un eje horizontal. Cuanto menor sea la distancia entre las barras de la rendija mayor será la separación entre los niveles.
Si lo que colocamos tras la red de difracción es una fuente de luz blanca lo que obtendremos serán líneas, es decir, lo mismo que obtendríamos con un prisma, un espectro.
5. Conclusión. En un electroscopio de prisma, la luz se refracta siguiendo las leyes de Snell, nosotros por tanto, obtenemos un espectro gracias al cambio de medio, diferentes indeces provocan que la luz forme el espectro que nosotros buscamos. Por otro lado, con una red de difracción lo que observamos es que, un haz obstaculizado se difracta siguiendo la siguiente fórmula:
( )
Siendo “m” el orden de difracción, y “d” el periodo de la red de difracción.
Práctica 3:
La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía
SESIÓN 3: REGISTRO Y
RECONSTRUCCIÓN DE HOLOGRAMAS
Alumno: GABRIEL TURRIÓN HERNÁNDEZ
Grupo: 6
Fecha de realización: 03/05/
Práctica 3: La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía Laboratorio de Física Sesión 3: Registro y reconstrucción de hologramas 1º Grado en Física
2.b) Reconstrucción.
Con la placa revelada la colocamos de nuevo en nuestro montaje, donde, podremos contemplar la imagen en tres dimensiones cuando la proyectamos sobre una superficie blanca haciendo incidir un láser sobre ella.
3. Medidas realizadas.
Las medidas que se realizan en este montaje son únicamente las realizadas para calcular el tiempo de exposición de la placa. Los datos que precisamos son>
- Potencia del láser:
- Superficie de la placa:
- E (proporcionada por el fabricante: Con lo cual, calculamos la intensidad del láser como:
Y por tanto el tiempo de exposición será:
4. Resultados.
Como hemos calculado anteriormente el tiempo de exposición es:
5. Conclusiones.
Para obtener un buen holograma es básico una buena disposición de los elementos ópticos y sumo cuidado en el tratado de la placa así como sumo cuidado a la hora del proceso de revelado (sobre todo con la luz). Cuidar de interferencias de luces externas también es básico para poder obtener un holograma bueno.
6. Comentarios e información adicional
Práctica 3: La imagen y fuentes de luz. Láser y espectroscopía Laboratorio de Física Sesión 3: Registro y reconstrucción de hologramas 1º Grado en Física
Introducimos una foto final del resultado de nuestra imagen: