LABORATORIUM FIZYKI CENTRUM NAUCZANIAMATEMATYKI I

SKRYPTY DLA SZKÓŁ WY SZYCH
P O L I T E C H N I K A Ł Ó D Z K A
LABORATORIUM FIZYKI
CENTRUM NAUCZANIA MATEMATYKI
I FIZYKI
POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ
pod redakcj
Sylwestra Kani
ŁÓD 2006
Skrypt jest przeznaczony dla studentów wszystkich wydziałów Politechniki
Łódzkiej jako materiał pomocniczy dla Laboratorium Fizyki Centrum Nauczania
Matematyki i Fizyki Politechniki Łódzkiej. Mo e stanowi pomoc dla studentów
uniwersytetów technicznych w Unii Europejskiej oraz dla wszystkich osób
zainteresowanych nowoczesn technik laboratoryjn .
Recenzent: prof dr hab. in . Józef wi tek
KOMITET REDAKCYJNY
WYDAWNICTWA POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ
Przewodnicz cy: prof. dr hab. ???????
Redaktor Naukowy Wydziału: prof. dr hab. ???????
Autorzy instrukcji i dodatków:
dr in . Cybulski Dariusz (M1);mgr in . Adam Chudecki (O3-A3, O3-A7);
mgr in . Michał Dobrski (W2); dr Agnieszka Gromiec (O4); dr Sylwester Kania
(E3, W7); dr in . Barbara Ko cielniak- Mucha (E1, E2, O2); dr in . Krystyna
Krasi ska (W3); dr in . Mariusz Krasi ski (M6, M7); dr in . Dariusz Krzy a ski
(T2), mgr in . Janusz Kuli ski(E3, T1); dr in . Konrad Łukaszewski (W1); dr in .
Ireneusz Owczarek (O3-A2, O3-B2); dr in . Mariusz Panak (E4-2,W5); dr Piotr
Posmykiewicz (E4-3); dr Barbara Radomska (O1); dr in . Janusz Tomaszewski
(M5); dr Marek Wojciechowski (E6,E7); dr in . Krzysztof Wojciechowski (E4-7).
© Copyright by Politechnika Łódzka 2006
WYDAWNICTWO POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ
90-924 Łód , ul. Wólcza ska 223
tel./fax (0-42) 684-07-93
e-mail: [email protected]
ISBN 83-7283-191-2
Wydanie I. Nakład ??? egz. Ark. druk ???. Papier offset. 80 g, 70 x 100
Druk uko czono w styczniu 2007 r.
Wykonano w Drukarni offsetowej WIST, 95-100 Zgierz, ul. Barona 8B
Nr ????
1
SPIS TRE CI
SPIS TRE CI ........................................................................................................ 1
CZ
I
ZBIÓR INSTRUKCJI.................................................................... 9
E1, E2: EFEKT HALLA W GERMANIE ...................................................... 11
Cel wiczenia................................................................................................... 11
1. EFEKT HALLA ...................................................................................... 11
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ....................................................... 12
3. WYKONANIE WICZENIA ................................................................. 13
4. OPRACOWANIE WYNIKÓ-WYKONANIE SPRAWOZDANIA ....... 14
5. ZAKRES MATERIAŁU ......................................................................... 16
LITERATURA ............................................................................................ 16
E 3: STAŁA DIELEKTRYCZNA RÓ NYCH MATERIAŁÓW ...................... 17
Cel wiczenia................................................................................................... 17
1. STACJONARNE POLE ELEKTRYCZNE W DIELEKTRYKACH..... 17
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ....................................................... 20
3. WYKONANIE WICZENIA ................................................................. 21
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW I SPOSÓB ICH PREZENTACJI ......... 25
5. ZAKRES MATERIAŁU ......................................................................... 28
LITERATURA ............................................................................................ 28
E4-2: ZAŁAMANIE PROMIENIOWANIA MIKROFALOWEGO
W PRYZMACIE ................................................................................................. 29
Cel wiczenia................................................................................................... 29
1. MIKROFALE I ZJAWISKO ZAŁAMANIA ......................................... 29
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ...................................................... 31
3. WYKONANIE WICZENIA ................................................................. 33
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW .............................................................. 33
5. ZAKRES MATERIAŁU ......................................................................... 34
LITERATURA ............................................................................................ 34
E4-3: POLARYZACJA MIKROFAL ................................................................. 35
Cel wiczenia................................................................................................... 35
1. FALE I ZJAWISKO POLARYZACJI FAL............................................ 35
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO DO BADANIA ZJAWISKA
POLARYZACJI FAL.................................................................................. 40
3. WYKONANIE WICZENIA ................................................................. 41
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW ....................................... 43
5. ZAKRES MATERIAŁU ......................................................................... 43
LITERATURA ............................................................................................ 43
E 4-4: MIKROFALE. DYFRAKCJA NA PODWÓJNEJ SZCZELINIE ........... 45
Cel wiczenia................................................................................................... 45
2
SPIS TRE CI
1. DYFRAKCJA.......................................................................................... 45
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ....................................................... 48
3. WYKONANIE WICZENIA ................................................................. 50
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW ....................................... 53
5. ZAKRES MATERIAŁU ......................................................................... 54
LITERATURA ............................................................................................ 54
E4 -7: DYFRAKCJA BRAGGA MIKROFAL NA ”KRYSZTALE”................. 55
Cel wiczenia................................................................................................... 55
1. DYFRAKCJA MIKROFAl ..................................................................... 55
2. OPIS MIKROFALOWEGO UKŁADU DO WIADCZALNEGO......... 57
3. WYKONANIE WICZENIA ................................................................. 58
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW .............................................................. 59
5. ZAKRES MATERIAŁU ......................................................................... 60
E6: BADANIE ZJAWISKA REZONANSU W OBWODZIE PR DU
ZMIENNEGO ..................................................................................................... 61
Cel wiczenia................................................................................................... 61
1. OBWÓD ELEKTRYCZNY RLC ........................................................... 61
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ....................................................... 62
3. WYKONANJIE POMIARÓW................................................................ 62
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW .............................................................. 63
ZAKRES MATERIAŁU ............................................................................. 64
LITERATURA ............................................................................................ 64
E7: BADANIE ZALE NO CI OPORU ELEKTRYCZNEGO PRZEWODNIKA
I PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY................................................. 65
Cel wiczenia................................................................................................... 65
1. OPIS TEMPERATUROWEJ ZALE NO CI OPORU METALI I
PÓŁPRZEWODNIKÓW............................................................................. 65
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ....................................................... 65
3. WYKONANIE WICZENIA ................................................................. 66
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW .............................................................. 67
5. ZAKRES MATERIAŁU ......................................................................... 67
LITERATURA ............................................................................................ 68
M1: POMIAR PR DKO CI D WI KU W POWIETRZU NA PODSTAWIE
EFEKTU DOPPLERA ........................................................................................ 69
Cel wiczenia................................................................................................... 69
1. EFEKT DOPPLERA ............................................................................... 69
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ....................................................... 71
3. WYKONANIE WICZENIA ................................................................. 72
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW .............................................................. 75
5. ZAKRES MATERIAŁU ......................................................................... 76
LITERATURA ............................................................................................ 76
SPIS TRE CI
3
M5:
BADANIE DWUWYMIAROWYCH MODÓW DRGA METOD
FIGUR CHLADNIEGO ...................................................................................... 77
Cel wiczenia................................................................................................... 77
1. DRGANIA WŁASNE PŁYT, FIGURY CHLADNIEGO ...................... 77
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ....................................................... 78
3. WYKONANIE WICZENIA ................................................................. 79
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW .............................................................. 82
5. ZAKRES MATERIAŁU ......................................................................... 82
M6, M7: ANALIZA HARMONICZNA D WI KU.......................................... 83
Cel wiczenia.................................................................................................. 83
1. FALE AKUSTYCZNE............................................................................ 83
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ....................................................... 89
3. WYKONANIE WICZENIA ................................................................. 90
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW .............................................................. 93
5. ZAKRES MATERIAŁU ......................................................................... 94
LITERATURA ............................................................................................ 94
O1: DYFRAKCJA WIATŁA NA SZCZELINACH W ASPEKCIE
FALOWYM I ZASADY HEISENBERGA ...................................................... 95
Cel wiczenia: ................................................................................................. 95
1. DYFRAKCJA FRAUNHOFERA, ZASADA NIEOZNACZONO CI
HEISENBERGA ......................................................................................... 95
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ....................................................... 95
3. WYKONANIE WICZENIA ................................................................. 96
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW .............................................................. 99
5. ZAKRES MATERIAŁU ....................................................................... 101
O2: BADANIE CHARAKTERYSTYK BATERII SŁONECZNYCH............ 102
Cel wiczenia................................................................................................. 102
1. PODSTAWY FIZYCZNE..................................................................... 102
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ..................................................... 103
3. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 104
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW ............................................................ 105
5. ZAKRES MATERIAŁU ....................................................................... 106
LITERATURA .......................................................................................... 106
O3_A2:
BADANIE WŁASNO CI LUNETY KEPLERA ....................... 107
Cel wiczenia................................................................................................. 107
1. FIZYCZNA ZASADA DZIAŁANIA LUNETY KEPLERA ............... 107
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ..................................................... 109
3. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 110
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW ............................................................ 111
5. ZAKRES MATERIAŁU ....................................................................... 111
LITERATURA .......................................................................................... 111
O3_B2: BADANIE WŁASNO CI LUNETY GALILEUSZA..................... 112
4
SPIS TRE CI
Cel wiczenia................................................................................................. 112
1. FIZYCZNA ZASADA DZIAŁANIA LUNETY GALILEUSZA......... 112
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ..................................................... 114
3. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 115
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW ............................................................ 116
5. ZAKRES MATERIAŁU ....................................................................... 116
LITERATURA .......................................................................................... 116
O3-A3: BADANIE DYFRAKCJI NA SZCZELINIE I SIATCE
DYFRAKCYJNEJ............................................................................................. 117
Cel wiczenia................................................................................................. 117
1. FIZYCZNE PODSTAWY DYFRAKCJI.............................................. 117
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ..................................................... 122
3. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 123
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW ............................................................ 124
5. ZAKRES MATERIAŁU (PYTANIA KONTROLNE)......................... 126
LITERATURA .......................................................................................... 126
O3-A7: BADANIE INTERFERENCJI W DO WIADCZENIU YOUNGA.... 127
Cel wiczenia................................................................................................. 127
1. FIZYCZNE PODSTAWY INTERFERENCJI...................................... 127
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ..................................................... 131
3. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 132
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW ............................................................ 133
5. ZAKRES MATERIAŁU (PYTANIA KONTROLNE)......................... 134
LITERATURA .......................................................................................... 134
O4: MIKROSKOP – POMIAR MAŁYCH ODLEGŁO CI............................. 135
Cel wiczenia................................................................................................. 135
1. POWI KSZENIA OBIEKTYWU MIKROSKOPU............................. 135
2. POMIAR MAŁYCH ODLEGŁO CI ................................................... 135
3. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ..................................................... 136
4. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 136
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW ..................................... 137
5. ZAKRES MATERIAŁU ....................................................................... 138
LITERATURA .......................................................................................... 138
T1: POMPA CIEPLNA PELTIERA ................................................................. 139
Cel wiczenia................................................................................................. 139
1. ZJAWISKA TERMOELEKTRYCZNE ZWI ZANE Z PRZEPŁYWEM
PR DU...................................................................................................... 139
2.OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ...................................................... 142
3. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 142
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW ............................................................ 144
5.ZAKRES MATERIAŁU ........................................................................ 145
LITERATURA .......................................................................................... 145
SPIS TRE CI
5
T2: Termogenerator półprzewodnikowy ........................................................... 147
Cel wiczenia................................................................................................. 147
1. EFEKTY TERMOELEKTRYCZNE .................................................... 147
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ..................................................... 149
3. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 152
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW ............................................................ 155
LITERATURA .......................................................................................... 156
W1: POMIAR PR DKO CI WIATŁA.......................................................... 157
Cel wiczenia................................................................................................. 157
1. METODA POMIARU........................................................................... 157
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ..................................................... 157
3. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 159
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW ............................................................ 160
5. ZAKRES MATERIAŁU KTÓRY STUDENT POWINIEN
ZROZUMIE PO WYKONANIU DO WIADCZENIA ......................... 162
LITERATURA .......................................................................................... 162
W2: WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z WYKORZYSTANIEM
ZEWN TRZNEGO ZJAWISKA FOTOELEKTRYCZNEGO........................ 163
Cel wiczenia................................................................................................. 163
1. ZEWN TRZNE ZJAWISKO FOTOELEKTRYCZNE ....................... 163
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ..................................................... 165
4. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 167
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW ............................................................ 169
5. ZAKRES MATERIAŁU ....................................................................... 170
LITERATURA .......................................................................................... 170
W3: DYFRAKCJA ELEKTRONÓW NA POLIKRYSTALICZNEJ
WARSTWIE GRAFITU ................................................................................... 171
Cel wiczenia................................................................................................. 171
1. DYFRAKCJA ELELKTRONÓW NA SIECI KRYSTALICZNEJ ...... 171
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ..................................................... 173
3. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 176
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW ............................................................ 177
5. ZAKRES MATERIAŁU ....................................................................... 179
LITERATURA .......................................................................................... 179
W5: ABSORPCJA PROMIENIOWANIA β .................................................... 181
Cel wiczenia................................................................................................. 181
1. PROMIENIOWANIE BETA ................................................................ 181
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ..................................................... 186
3. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 188
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW ............................................................ 188
5.ZAKRES MATERIAŁU ........................................................................ 190
LITERATURA .......................................................................................... 190
6
SPIS TRE CI
W7: PRAWO ZANIKU I POCHŁANIANIA PROMIENI GAMMA .............. 191
Cel wiczenia................................................................................................. 191
1. ODDZIAŁYWANIE PROMIENIOWANIA γ Z MATERI ............... 191
2. OPIS UKŁADU POMIAROWEGO ..................................................... 192
3. WYKONANIE WICZENIA ............................................................... 194
4. OPRACOWANIE WYNIKÓW ............................................................ 194
5. ZAKRES MATERIAŁU ....................................................................... 195
LITERATURA .......................................................................................... 195
CZ
II
DODATKI DO INSTRUKCJI ............................................... 197
DODATEK DO WICZENIA E1 E2............................................................... 199
1. EFEKT HALLA .................................................................................... 199
DODATEK DO WICZENIA E3 .................................................................... 203
1. WYKORZYSTANIE ROWNA MAXWELLA DO OPRACOWANIA
WYNIKÓW DO WIADCZALNYCH ..................................................... 203
DODATEK DO WICZENIA E6 .................................................................... 213
1. DRGANIA ELEKTROMAGNETYCZNE W OBWODZIE RLC ....... 213
2. KRZYWA REZONANSOWA.............................................................. 216
DODATEK DO WICZENIA E7 .................................................................... 219
1. PRZEWODNICTWO ELELKTRYCZNE METALI............................ 219
2. MODEL PASMOWY CIAŁA STAŁEGO ........................................... 220
3. PÓŁPRZEWODNIKI SAMOISTNE .................................................... 221
4. PÓŁPRZEWODNIKI DOMIESZKOWE ............................................. 222
5. PRZEWODNICTWO ELEKTRYCZNE PÓŁPRZEWODNIKÓW..... 224
DODATEK DO WICZENIA O1.................................................................... 225
1. FIZYCZNE PODSTAWY EKSPERYMENTU.................................... 225
A: DYFRAKCJA FRAUNHOFERA NA POJEDYNCZEJ SZCZELINIE
................................................................................................................... 225
B: DYFRAKCJA FRAUNHOFERA NA POJEDYNCZEJ SZCZELINIE –
ASPEKT ZASADY HEISENBERGA ...................................................... 227
DODATEK DO WICZENIA O2.................................................................... 231
1. OGNIWA SŁONECZNE ...................................................................... 231
DODATEK DO WICZENIA O4.................................................................... 235
1. PODSTRAWOWE ZAGADNIENIA Z OPTYKI GEOMETRYCZNEJ
................................................................................................................... 235
DODATEK NR 1 DO WICZENIA T1........................................................... 243
1. TERMOGENERATOR ......................................................................... 243
2. FIZYCZNA ZASADA DZIAŁANIA POMPY CIEPLNEJ PELTIERA
................................................................................................................... 247
DODATEK NR 2 DO WICZENIA T1........................................................... 251
1. PRZYKŁAD OPRACOWANIA WYNIKÓW...................................... 251
DODATEK DO WICZENIA T2 .................................................................... 255
1. POJ CIE GRADIENTU WIELKO CI FIZYCZNEJ........................... 255
SPIS TRE CI
7
DODATEK DO WICZENIA W7................................................................... 257
1. PRAWO ZANIKU PROMIENIOWANIA W MATERIALE
ABSORBENTA ........................................................................................ 257