Determinarea lungimii de unda a radiatiei luminoase utilizand reteaua de difractie

DETERMINAREA LUNGIMII DE UNDA A RADIATIEI LUMINOASE UTILIZAND RETEAUA DE DIFRACTIE

1. Scopul lucrarii

1.A. Scop calitativ: se evidentiaza fenomenul de difractie suferit de un fascicul de

lumina la trecerea printr-o retea de difractie.

1.B. Scop cantitativ: se determina experimental lungimea de unda a radiatiei

luminoase.

2. Teoria lucrarii

Difractia: este un fenomen complex, de compunere coerenta a radiatiei provenita de la mai multe surse din spatiu. In esenta ea reprezinta ansamblul fenomenelor datorate naturii ondulatorii a luminii, fenomene care apar la propagarea sa intr-un mediu cu caracteristici eterogene foarte pronuntate. In sens restrans, difractia consta in fenomenul de ocolire aparenta a obstacolelor de dimensiuni mici de catre lumina, sau altfel spus, in devierile de la legile opticii geometrice.

Retea de difractie: un sistem de fante paralele, egale si echidistante.

Fanta: o portiune transparenta pentru lumina, de forma dreptunghiulara, cu latimea

mult mai mica decat lungimea l<<L (Fig. 1 si 2).

Constanta retelei: distanta dintre doua fante succesive: l=a+b,

unde b este este marimea portiunii opace iar a este largimea unei fante.

Daca pe o retea de difractie este incidenta o unda monocromatica, are loc un fenomen

complex: difractia luminii produsa de fiecare fanta si interferenta luminii provenite de la

toate fantele. In esenta, atat difractia, cat si interferenta, sunt fenomene de compunere coerenta a radiatiei; deosebirea dintre ele este mai mult de natura teoretica si este data in principal de intinderea

spatiala a surselor de la care provine radiatia.

La o distanta suficient de mare, se poate observa o imagine caracterizata prin maxime si minime

succesive.(fig.1a)

Daca lumina incidenta este lumina alba, se formeaza cate un maxim pentru fiecare componenta.(fig.1b si fig.1c)

Relatia fundamentala pe care se bazeaza lucrarea este dedusa din conditia de obtinere a maximelor principale si folosind datele si reprezentarile din fig. 2:

 

unde m este ordinul maximului (δ = mλ) , y este distanta de la maximul central pana la cel de ordinul m, n = 1/l reprezinta nr. de trasaturi/unitatea de lungime iar f este distanta focala a lentilei L₂ .

3.Materiale folosite:(din trusa de optica)

- sursa de lumina - bec de 12V;

- retele de difractie (cu n₁ = 50mm^-1 si n₂ =100mm^-1);

- lentile convergente ( 2 buc. cu f =120mm) ;

- rigla ;

- ecran ;

- filtru de culoare rosie.

4.Modul de lucru 

Se plaseaza elementele din trusa in ordinea din fig.2 avand grija ca filamentul becului sa fie pe directia fantelor si in focarul lentilei L₁  iar ecranul sa fie asezat la distanta f de L₂ .Sistemul trebuie sa fie centrat pe acelasi ax.

Se fac ajustarile necesare pentru ca figura de difractie sa fie cat mai clara.

Se observa aspectul franjelor obtinute pe ecran cu filtrul colorat si fara acesta, cu reteaua caracterizata prin n₁ apoi cu reteaua caracterizata prin n₂ .

Se masoara distanta  y pentru lumina monocromatica, apoi, cand se foloseste lumina alba, se masoara y luand in considerare numai franja de culoare rosie.

Rezultatele se trec in tabelul de mai jos.

5.Prelucrarea datelor experimentale

Pentru fiecare determinare se calculeaza lungimea de unda a luminii din relatia , inlocuindu-se valorile din tabel.

Elevul: .....................  Clasa ....... data .......

TEMA

1. Definiti fenomenul de difractie a luminii.

2. Formulati principiul Huygens.

3. Ce reprezinta reteaua de difractie, care sunt caracteristicile

principale ale ei?

4. Care este conditia de formare a maximelor de difractie?

5. Cum explicati faptul ca, in lumina alba, maximul central este intodeauna alb?

6. Descrieti si explicati distributia culorilor in spectrul de difractie in cazul

iluminarii cu lumina alba.

7.Finalizati completarea tabelului si identificati sursele de erori din experimentul efectuat.

8.Explicati aparitia culorilor curcubeului pe suprafata unui CD.

9.Efectuati o documentare despre aplicatiile retelei de difractie in spectroscopie.Prezentati rezultatele documentarii intr-un scurt referat.(pe aceasta pagina)