Lucrare de laborator

Determinarea lungimii de unda a radiaţiei luminoase cu ajutorul reţelei de difracţie

Dispozitivul experimental Dispozitivul experimental nr. 1 conține (vezi fig. 1):

- alimentator didactic- banc optic- sursă de lumină formată dintr-un bec de 12V montat într-un suport- suport cu paravan ce conține o fanta simplă și un filtru roșu- suport cu o lentilă convergentă cu distanța focală de 120 mm- suport cu paravan ce conține rețeaua de difracție- ecran alb gradat- riglă.

Fig. 1

Lentila are rolul de forma un fascicul paralel de lumină, de aceea sursa ar trebui pusă în focarul lentilei.

Dispozitivul experimental nr. 2 conține (vezi fig. 2): - banc optic- suport cu laser (L)- suport cu paravan ce conține rețeaua de difracție (R)- ecran alb gradat (E)- riglă.

Fig. 2

Teoria lucrării de laboratorReţeaua de difracţie reprezintă un ansamblu de fante rectilinii, foarte înguste,

paralele şi echidistante (fig. 3).

Fig. 3

Rețeaua de difracție este caracterizată prin numărul de trăsături pe unitatea de lungime n, iar inversul acestei mărimi 1/n = l, reprezintă constanta reţelei:

l = L/N

n = N/L

unde L este lungimea rețelei de difracție, iar N – numărul de fante (trăsături).

Fig. 4 Mersul razelor de lumină prin dispozitivul experimental

Dacă pe o reţea cade un fascicul paralel de lumină albă, figura de difracţie care se obţine este formată dintr-un maxim central de ordin zero (k = 0) de aceeaşi culoare ca şi lumina incidentă, iar în stânga şi în dreapta acestuia apar spectre de diferite ordine, maxime de ordinul 1, ordinul 2 etc. cu roşu mai deviat decât albastrul, adică invers faţă de spectrul dat de o prismă (fig.4 şi fig.5).

Fig. 5

Se constată că intensitatea undei difractate prezintă franje luminoase când este îndeplinită condiția sinα = 0 (cu α ≠ 0) , adică atunci când este îndeplinită conditia α = k ⋅π (m = 1, 2, 3...) sau l⋅sinα = k⋅λ, unde k se numește ordinul franjei de difracție.

Fig, 6

Unghiul α se determină din relația: tgα = x/fSe poate face aproximația sinα = tgα, rezultând relația:λ = xl/kf = x/knf

Modul de lucrul

Pentru dispozitivul experimental nr. 1:1. Se realizează dispozitivul experimental.2. Sursa de lumină se conectează la alimentator.3. Alimentatorul se conectează la priză.4. Se aliniază sursa de lumină, paravanele (în ordinea mai sus menţionată) și ecranul pe bancul

optic.5. Se aprinde sursa de lumină.6. Se direcţionează fasciculul de lumină astfel încât pe ecran să se obţină franjele de difracţie, cu

franja centrală în centrul ecranului. 7. Distanța x a unei franje luminoase față de franja centrală se detrmină cu gradaţiile de pe ecran.8. Se determină distanța d de la rețea la ecran cu rigla.9. Se repetă experimentul modificând fie distanța d, fie rețeaua(50 trăsături/mm sau 100

trăsături/mm).10. Se trec în tabel datele obţinute experimental.

Pentru dispozitivul experimental nr. 2:1. Se realizează dispozitivul experimental.

2. Se aliniază sursa de lumină, paravanele (în ordinea mai sus menţionată) și ecranul pe bancul optic.

3. Se aprinde laserul.4. Se direcţionează fasciculul de lumină astfel încât pe ecran să se obţină franjele de difracţie, cu

franja centrală în centrul ecranului. 5. Distanța x a unei franje luminoase față de franja centrală se detrmină cu gradaţiile de pe ecran.6. Se determină distanța d de la rețea la ecran cu rigla.7. Se repetă experimentul modificând fie distanța d, fie rețeaua(50 trăsături/mm sau 100

trăsături/mm).8. Se trec în tabel datele obţinute experimental.

Prelucrarea datelor experimentaleSe folosește tabelul de date de mai jos:

Nr. crt.

Nr. trăsături/mm x(mm)

d(cm)

λ(nm)

1

234

Se calculează lungimea de undă cu relația:λ = x/nkd

Se indică sursele de erori.

Dispozitivul Experimental folosit in demonstratie

1) alimentator didactic

2) sursa cu bec de 12 V

3) paravan cu fanta simpla

4) paravan cu lentila convergenta (f = +120 mm)

5) ecran alb gradat

6) paravan cu retea de difractie

7)5 suporti pentru fante

8) o tija de aproximativ un metru

9) priza de 220 V

Modul de lucru   : 1)Conectam sursa la alimentator apoi conectam alimentatorul la priza.2)Se aliniaza sursa de lumina, paravanele (in ordinea mai sus mentionata) si ecranul pe tija metalica.3)Apasam butonul prin care se porneste sursa de lumina.4)Se directioneaza fasciculul de lumina asa incat pe ecran sa se obtina franjele de difractie. In cazul in care sistemul este bine centrat pe ecran,pe acesta vor aparea maximul central dar si cateva maxime secundare5)Pozitia fiecarui maxim secundar se citeste direct pe gradatiile de pe ecran.

Se trec in tabel datele obtinute experimental ,prin modificarea distantelor dintre paravane sau a retelei de difractie(50 trasaturi/mm sau 100 trasaturi/mm)

PRELUCRAREA DATELOR EXPERIMENTALENr crt

Nr trasaturi/mm

x(mm) d(cm) λ(nm)

1 50 tr/mm 4 15 530