DYFRAK-POPR.RTF

Politechnika Śląska

Wydział Elektryczny

Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki:

Dyfrakcja światła:

- wyznaczanie stałej siatki dyfrakcyjnej;    

-wyznaczenie współczynnika załamania światła  dla pryzmatu

    -pomiar długości światła laserowego

Grupa I, sekcja 5

Michał Mietła

Rafał Wróbel

Gliwice 07.04.1999

1. Opis teoretyczny ćwiczenia:

Dyfrakcja  jest  to  zjawisko  fizyczne , które  polegana  ugięciu  fali  elektromagnetycznej  na    ostrych  krawędziach lub wąskich szczelinach , których  rozmiary  są  porównywalne  z  długością  fali . Istnieją dwa  rodzaje  dyfrakcji . Gdy  ekran  i  źródło światła  znajdują  się  na  tyle  daleko  , że  promienie  padające  na  szczelinę  i  promienie  padające  na ekran  są  równoległe  ,  to  wówczas  mówimy o dyfrakcji Fraunhofera .

Dyfrakcji  dotyczy  również  zasada  Huyghensa , która  mówi  , że  każdy  punkt  do którego  dochodzi  fala  staje  się  źródłem nowej   fali  kulistej.    

Światło  monochromatyczne uginając  się  na  szczelinie  powoduje  powstanie   na  ekranie   ,który  znajduje  się  za  szczeliną  ,  prążków  jasnych  i  ciemnych  . Spowodowane  jest  to  interferencja   załamanych  fal  za  szczelinie.

Pasek  centralny  za  szczelina   może  być  jasny  lub  ciemny ,  zależy  to  od  odległości  ekranu od  szczeliny.   

Warunek na wzmocnienie fali :

Warunek na wygaszenie fali :

                gdzie k=1,2,3,.......  

                         l-długość fali  

                         d-szerokość szczelin

Siatka  dyfrakcyjna  to  płytka  szklana z  szeregiem  szczelin umieszczonych  w  równych  odległościach od  siebie. Siatka  dyfrakcyjna  posiada  swoją  stałą  ,  która  jest  wyrażona  poprzez  odległość  między  środkami  sąsiednich  szczelin.. Dobrze wykonane siatki posiadają do 2000 rys na milimetrze. Jeżeli  siatkę  dyfrakcyjną  oświetlamy wiązką  równoległych  promieni to na siatce  wystąpi dyfrakcja . Światło  ugnie się na każdej  szczelinie , co  spowoduje  powstanie  na  ekranie  maksimów i minimów .

Na ekranie uzyskujemy maksima gdy zachodzi następująca równość :

Natomiast minima przy równości :

                 gdzie:  d-stała siatki  

                            N-liczba szczelin  

                            k=1,2,3..... 

                            l-długość fali

Pomiędzy maksimami występuje N-1 minimów oraz N-2 maksimów wtórnych , w których natężenie jest bardzo małe .

Światło  monochromatyczne  wykorzystujemy  do  badania  zjawiska  dyfrakcji. W  tym  celu wykorzystujemy   światło  laserowe. Laser  jest  to urządzenie , które  opiera  się  na  teorii promieniowania wymuszonego Einsteina. Polega  to  na tym , iż  kwant  energii  równej hn  pada  na wzbudzony  atom , to  powoduje  to wypromieniowanie  dodatkowego  kwantu  energii , który  jest  spójny  z  kwantem  wywołującym  emisję  światła  laserowego. Do  uzyskania  wzbudzonych  atomów  stosuje  się  proces pompowania  optycznego.W ćwiczeniu zastosowaliśmy laser gazowy He-Ne  (helowo-neonowy) 

2.Opis ćwiczenia:

2.1. Wyznaczenie stałej siatki dyfrakcyjnej:

Tabela pomiarowa :

W pierwszej kolejności musimy policzyć kąty ugięcia. Uczyńmy to według następujących wzorów:

                                                          bnl  = anl -  ao

gdzie:
- kąty ugięcia n-tego rzędu odpowiednio w lewą i prawą stronę,
- kąty zmierzone na spektrometrze dla prążków ugięcia n-tego rzędu, ugięte               odpowiednio w lewo i prawo,
- kąt zmierzony na spektrometrze dla prążka zerowego rzędu , = 180,5 [°]

Następnie wyznaczamy średnie wartości kątów bl   i bnp. oraz ich błędy metodą odchylenia standardowego :