Zapisz jako PDF

Pokazy
1. Pokaz obrazu światła białego i światła laserowego przechodzącego przez siatkę dyfrakcyjną.
2. Demonstracja programu komputerowego sprzężonego ze spektrometrem i analiza z jego
wykorzystaniem światła przechodzącego przez filtry szklane i interferencyjne.
3. Demonstracja dyfrakcji światła laserowego na ultradźwiękowej fali stojącej.
Siatka dyfrakcyjna
Siatka dyfrakcyjna to płytka przezroczysta, na której znajduje się duża liczba pionowych,
równoległych rys. W siatkach dyfrakcyjnych transmisyjnych światło przechodzi przez szczeliny
pomiędzy rysami i ulega dyfrakcji i interferencji. W siatkach dyfrakcyjnych odbiciowych światło
ulega również dyfrakcji i interferencji, ale nie przechodzi przez siatkę, ale się odbija. Siatki
dyfrakcyjne służą do analizy światła poprzez jego rozszczepienie, co daje możliwość wyznaczenia
długości fali. Obraz, który daje siatka dyfrakcyjna powstaje z nałożenia się (interferencji) światła
ugiętego przy przejściu (lub odbiciu się i przejściu) przez szczeliny. W efekcie uzyskuje się szereg
wzmocnień źródła światła, tak zwanych prążków. Jeśli źródło nie jest monochromatyczne prążki są
barwne, bo kąt pod jakim widzimy prążek zależy od długości światła.
Warunek na wzmocnienie dla siatki dyfrakcyjnej:
d — odległość między szczelinami. Szczeliny — źródła punktowe fal cząstkowych (w wypadku
pojedynczej szczeliny d była jej szerokością), n — rząd widma — numer prążka dyfrakcyjnego.
Metoda wyznaczania długości fali światła z wykorzystaniem siatki
Aby wyznaczyć długość fali określonej barwy należy ustalić n (na ogół bierzemy pierwszy rząd
widma) i wyznaczyć kąt pod jakim widać daną barwę. Stała d jest równa odwrotności liczby rys
przypadających na 1 milimetr. Przyrządami, które służą do pomiaru długości fali są spektrometry —
obecnie współpracujące dzięki programom z komputerem (pokaz).
Jakie światło przepuszczają filtry: szklane i interferencyjne? — analiza pokazów.
Dyfrakcja fali elektromagnetycznej na fali dźwiękowej
Fale dźwiękowe w zakresie częstotliwości powyżej
nazywa się ultradźwiękami i są one
niesłyszalne dla człowieka. Długość fali, która zależy od prędkości rozchodzenia się jest bardzo mała.
Dla przykładu: Prędkość dźwięku w powietrzu
długość fali
, przy częstotliwości
—
, w wodzie
. Przy częstotliwości
— ułamek milimetra.
W naczyniu z cieczą przy pomocy generatora z sondą wytwarzamy falę ultradźwiękową. Fala odbija
,
się od dna naczynia i w naczyniu powstaje fala stojąca. Odległość między węzłami tej fali jest równa
długości fali (jest to fala podłużna a nie poprzeczna). W naczyniu z cieczą powstaje więc periodyczna
struktura, która dla fali elektromagnetycznej staje się siatką dyfrakcyjną. Długość fali dźwięku równa
stałej d tej swoistej siatki. Doświadczenie pozwala na wyznaczenie prędkości rozchodzenia się
dźwięku w cieczy. Przez ciecz przepuszczamy światło laserowe o określonej długości fali. Na ekranie
pojawiają się prążki dyfrakcyjne. Wyznaczamy kąt pod jakim widać określony prążek i wyznaczamy
stałą siatki, czyli długość fali ultradźwiękowej. Mając długość i częstotliwość odczytaną z generatora
— wyznaczamy prędkość rozchodzenia się dźwięku.
Dyspersja i zdolność rozdzielcza siatek dyfrakcyjnych
Kryterium rozdzielczości Rayleigh
Obraz dyfrakcyjny otworu. Dwa otwory uważa się za rozróżnialne, jeśli pierwsze minimum
dyfrakcyjne w obrazie jednego pokrywa się z centralnym maksimum drugiego otworu.
Odległość kątowa dwóch obrazów:
d — rozmiary otworu.
Dyspersja kątowa siatki dyfrakcyjnej D
(definicja)
— odległość kątowa między dwoma liniami, których długości różnią się o
.
większa dyspersja dla małej d i dużego rzędu widma.
Zdolność rozdzielcza R
Stosunek średniej wartości dwóch linii do ich różnicy
Siatka o większej zdolności rozdzielczej wytwarza wąskie linie i dlatego za jej pomocą można
rozróżnić linie leżące blisko siebie.
Siatka o większej dyspersji daje większe odległości kątowe miedzy liniami.