Dyfrakcja światła - Ćwiczenie 303 | Laboratoria Fizyka

WIMiFT

EdukacjaTechniczno-

Informatyczna

Ćwiczenie303



1. Wstępteoretyczny

Zgodniezfalowąteoriąświatła,światłojesttraktowanejakofalaelektromagnetyczna.

Teoriataniejestwstaniewyjaśnićtakichzjawiskjaknp.efektfotoelektryczny,więc

przyjmujesię,iżświatłomanaturędualną.Wpodanymdoświadczeniubadanabędzie

naturafalowaświatłaorazmożliwadziękijejznajomościdyfrakcja.

Efekttenpoleganazmianiekierunkurozchodzeniasięfalipoprzejściuprzezwąską

szczelinęlubnakrawędziprzedmiotu.ZgodniezzasadąHuygensakażdypunkt,do

któregodotrzefalapadającamożebyćuznawanyjakonoweźródłofalikulistej–takie

faleinterferują(nakładająsięnasiebie)iwtensposóbpowstajenowafalaświetlna.

Dyfrakcjajestnajlepiejwidoczna,gdyrozmiaryszczelinyorazdługościfalisą

porównywalne.Zjawiskodyfrakcjijestwykorzystywanedoanalizywidmalub

otrzymaniaświatłamonochromatycznego.Stosujesięjerównież,abywyznaczyć

odległośćpomiędzypłaszczyznamikrystalograficznymi(czylipłaszczyznaminaktórych

znajdująsięatomy).

Siatkidyfrakcyjnedziałająnazasadziepadającejwiązkiświatłaskierowanejna

nieprzezroczystąprzysłonęzmałymotworem,anastępnienadwiekolejneszczeliny,

generującdwienowefalekuliste.Popodłożeniuekranuzaobserwowaćmożnaczarne

orazbiałestrugi,potwierdzającjednocześniefalistąnaturęświatła.Siatkidyfrakcyjne

dzieląsięnatransmisyjneiodbiciowe.

Siatkitransmisyjnetotakieprzezktóreprzechodziświatło.Uzyskiwanesąpoprzez

nacinanierysnapłytkachszklanychlubnanoszenienaprzemianprzeźroczystychi

nieprzeźroczystychcienkichwarstwmetalicznych–takiesiatkimająodkilkudo

kilkusetliniinamm.Drugirodzajsiatektosiatkiodbicioweprzezktóreświatłonie

przechodzi,leczodbijasięodpowtarzalnychrównoodległychnacięćpowierzchni.

Zewzględunazastosowaniesiatekdyfrakcyjnychdouginaniaświatławażnych

parametremjestichwydajnośćdyfrakcyjna,czylistosuneknatężeniaświatłaugiętego

wpierwszymrzędziedyfrakcyjnymdocałkowitegonatężeniapadającegonasiatkę.

Równieważnazpunktuwidzeniaanalizywidmajestdyspersjakątowa–zdolnośćdo

rozszczepieniaświatłapolichromatycznegonawiązkimonochromatyczne.

2. Obliczenia

2.1. Braksiatki

v0=1°40 '

,

λ=589,6

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz Dyfrakcja światła - Ćwiczenie 303 i więcej Laboratoria w PDF z Fizyka tylko na Docsity!

WIMiFT Edukacja Techniczno- Informatyczna Ćwiczenie 303

Wstęp teoretyczny Zgodnie z falową teorią światła, światło jest traktowane jako fala elektromagnetyczna. Teoria ta nie jest w stanie wyjaśnić takich zjawisk jak np. efekt fotoelektryczny, więc przyjmuje się, iż światło ma naturę dualną. W podanym doświadczeniu badana będzie natura falowa światła oraz możliwa dzięki jej znajomości dyfrakcja. Efekt ten polega na zmianie kierunku rozchodzenia się fali po przejściu przez wąską szczelinę lub na krawędzi przedmiotu. Zgodnie z zasadą Huygensa każdy punkt, do którego dotrze fala padająca może być uznawany jako nowe źródło fali kulistej – takie fale interferują (nakładają się na siebie) i w ten sposób powstaje nowa fala świetlna. Dyfrakcja jest najlepiej widoczna, gdy rozmiary szczeliny oraz długości fali są porównywalne. Zjawisko dyfrakcji jest wykorzystywane do analizy widma lub otrzymania światła monochromatycznego. Stosuje się je również, aby wyznaczyć odległość pomiędzy płaszczyznami krystalograficznymi (czyli płaszczyznami na których znajdują się atomy). Siatki dyfrakcyjne działają na zasadzie padającej wiązki światła skierowanej na nieprzezroczystą przysłonę z małym otworem, a następnie na dwie kolejne szczeliny, generując dwie nowe fale kuliste. Po podłożeniu ekranu zaobserwować można czarne oraz białe strugi, potwierdzając jednocześnie falistą naturę światła. Siatki dyfrakcyjne dzielą się na transmisyjne i odbiciowe. Siatki transmisyjne to takie przez które przechodzi światło. Uzyskiwane są poprzez nacinanie rys na płytkach szklanych lub nanoszenie na przemian przeźroczystych i nieprzeźroczystych cienkich warstw metalicznych – takie siatki mają od kilku do kilkuset linii na mm. Drugi rodzaj siatek to siatki odbiciowe przez które światło nie przechodzi, lecz odbija się od powtarzalnych równoodległych nacięć powierzchni. Ze względu na zastosowanie siatek dyfrakcyjnych do uginania światła ważnych parametrem jest ich wydajność dyfrakcyjna, czyli stosunek natężenia światła ugiętego w pierwszym rzędzie dyfrakcyjnym do całkowitego natężenia padającego na siatkę. Równie ważna z punktu widzenia analizy widma jest dyspersja kątowa – zdolność do rozszczepienia światła polichromatycznego na wiązki monochromatyczne.
Obliczenia 2.1. Brak siatki v 0 = 1 ° 40 ' (^) , λ =589,

2.2. Siatka A vp vl vm d

1° 00' 00'' 4° 20' 00'' 2° 40' 00'' 5317,
3° 38' 00'' 7° 00' 00'' 5° 19' 00'' 5366,
6° 17' 00'' 9° 43' 00'' 8° 00' 00'' 5405,
9° 31' 00'' 12° 26' 00'' 10° 58' 30'' 5341,
11° 41' 00'' 15° 10' 00'' 13° 25' 30'' 5555,
14° 27' 00'' 17° 50' 00'' 16° 08' 30'' 5678,
17° 15' 00'' 20° 09' 00'' 18° 42' 00'' 5873,
20° 06' 00'' 23° 30' 00'' 21° 48' 00'' 5982,
24° 20' 00'' 26° 26' 00'' 25° 23' 00'' 6090,

vp – odległość prążków od punktu v 0 z prawej strony

vl - odległość prążków od punktu v 0 z lewej strony

vm – odległość kątowa , vm = ¿^ vp^ − vl^ ∨^

d – stała siatki dyfrakcyjnej [nm] , d =^ m ∗ λ sin vm dśr = 5623,55nm 2.3. Siatka B vp vl vm d

5° 02' 00'' 8° 33' 00'' 6° 47' 30'' 2111,
11° 49' 00'' 15° 29' 00'' 13° 39' 00'' 2189,
18° 47' 00'' 22° 44' 00'' 20° 45' 30'' 2324, dśr = 2208,40nm 2.4. Siatka C
(^) vp vl vm d
11° 01' 00'' 15° 16' 00'' 13° 08' 30'' 1132,
26° 45' 00'' 29° 00' 00'' 27° 52' 30'' 1285, dśr = 1208,95nm 3.1. Zestawienie wyników Siatka A Siatka B Siatka C dśr = 5623,55nm dśr = 2208,40nm dśr = 1208,95nm

Dyfrakcja światła - Ćwiczenie 303, Laboratoria z Fizyka

Dokumenty powiązane

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz Dyfrakcja światła - Ćwiczenie 303 i więcej Laboratoria w PDF z Fizyka tylko na Docsity!

vp – odległość prążków od punktu v 0 z prawej strony

vl - odległość prążków od punktu v 0 z lewej strony

vm – odległość kątowa , vm = ¿^ vp^ − vl^ ∨^