ლაზერული ტალღის სიგრძის გაზომვა: 4 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:19

გამარჯობა ყველას, კეთილი იყოს თქვენი მობრძანება სხვა სასწავლო ინსტრუქციაში! ამჯერად მინდოდა გამეკეთებინა მართლაც მარტივი ინსტრუქცია, რომლის გაკეთებაც საღამოს ან შაბათ -კვირის პროექტს შეეძლო. სპექტროფოტომეტრიაში სწავლის პროცესში მე ექსპერიმენტებს ვატარებდი დიფრაქციული ბადეებითა და მონოქრომატორებით და წავაწყდი "იანგის ორმაგი ნაპრალის ექსპერიმენტს". ეს არის მომხიბლავი დაკვირვება იმის შესახებ, თუ როგორ მოძრაობს სინათლე (ტალღებში) და ავლენს დიფრაქციის ეფექტს სინათლის სხვადასხვა ტალღის სიგრძეზე.

მე გადავწყვიტე და გამემეორებინა ექსპერიმენტი, რათა მე თვითონ გამერკვია როგორ მუშაობდა ის ზოგიერთი ლაზერული მაჩვენებლით და ვნახო შევძლებ თუ არა ექსპერიმენტის მუშაობას.

ნაბიჯი 1: წინაპირობები და უსაფრთხოება

ლაზერები მართლაც მაგარია, მაგრამ გაფრთხილება სანამ გავაგრძელებთ! ლაზერის ან ძლიერ კოლიმირებულ სხივში ჩახედვას შეუძლია დაგიბრმავოს. სადაც შესაძლებელია, მე გირჩევთ გამოიყენოთ ფერადი გაფილტრული უსაფრთხოების სათვალეები, რათა თავიდან აიცილოთ მაწანწალა სხივები თქვენს თვალებს.

ლაზერული მაჩვენებლები ხშირად იყიდება როგორც "კატის სათამაშოები" და მიანიჭეს მე მიყვარს ჩემი კატის დაცინვა ამით, მაგრამ მე აღმოვაჩინე მწვანე ძალიან ძლიერი (თითქმის ძალიან ნათელი სანახავად). ისინი ასევე აცხადებენ, რომ არიან 5 მგვტ სიმძლავრეზე ნაკლები, მაგრამ მე აღმოვაჩინე დიდი განსხვავება თითოეული ფერის ინტენსივობას შორის (შემიძლია გავაკეთო ოპტიკური სიმძლავრის მრიცხველი, რომ გავზომო ეს ცალკე ინსტრუქციულად?). მეეჭვება ეტიკეტი შეესაბამებოდეს რეალობას, რომელსაც ჩვენ მალე აღმოვაჩენთ ტალღის სიგრძეების გაზომვისას.

ექსპერიმენტისთვის შევიძინე შემდეგი მასალები:

• x3 ლაზერული მაჩვენებლები (წითელი, მწვანე, ლურჯი)
• საპასუხო სტენდი
• დიფრაქციული გრიალის სლაიდი (500 ხაზი მმ -ზე)
• ქაღალდი და კალმები
• ბულდოგი იჭერს
• საზომი მმართველი
• Დამცავი სათვალეები

ნაბიჯი 2: აღჭურვილობის დაყენება

სადგამი ისე უნდა იყოს დაყენებული, რომ ლაზერული მაჩვენებელი მიმართული იყოს ქვემოთ დიფრაქციული ბადისკენ. ლაზერი გაივლის ბადეს და გამოისახება ფურცელზე ბოლოში (ეკრანი). ამის დასაყენებლად მიჰყევით ამ მარტივ ნაბიჯებს:

1. მოათავსეთ ქაღალდის ნაჭერი სტენდის ბოლოში, რომ გააკეთოთ ეკრანი
2. მოათავსეთ საყრდენის ქვედა მკლავი სადგამიდან დაახლოებით 10 სმ სიმაღლეზე
3. მიამაგრეთ დიფრაქციული გრეიტი ქვედა მკლავში და მიამაგრეთ იგი ბულდოგის სახელურით
4. მოათავსეთ ზედა მკლავი დიფრაქციული გრილის ზემოთ (მანძილი ბადეზე მაღლა არ აქვს მნიშვნელობა)
5. მიამაგრეთ ლაზერი ზედა მკლავში ისე, რომ ის მიმართული იყოს ისე, რომ სხივი გაიაროს დიფრაქციული ბადე
6. განათავსეთ უსაფრთხოების მექანიზმი და შემდეგ მზად იყავით ლაზერების გადასაღებად!

ნაბიჯი 3: ექსპერიმენტი

ლაზერის ტალღის სიგრძის საპოვნელად თქვენ უნდა გაზომოთ გარეთა გამოყოფა. ამისათვის მიჰყევით ამ მეთოდს:

1. როდესაც ლაზერები მოხვდება ქაღალდზე (ეკრანი) ჩაწერეთ კალმით, სადაც ხდება სინათლის ლაქები (ეს ცნობილია როგორც თითები). დარწმუნდით, რომ ჩაწერეთ შუა და ორივე მხარეს.
2. გაიმეორეთ ნაბიჯი 1 თითოეული ფერისთვის, მარკირება ქაღალდზე
3. მას შემდეგ რაც ეს გააკეთეთ ყველა ლაზერისთვის, გაზომეთ მანძილი შუა ზღვარსა და მის გვერდით 1 -ლი ზღვარს შორის (ეს ცნობილია როგორც პირველი რიგის ზღვარი).

(თქვენ შეამჩნევთ, რომ არის შეუსაბამობა სურათსა და იმას, რაც მე დავწერე ჩემს შედეგებში. ეს იმიტომ, რომ მე ეს რამდენჯერმე გავაკეთე გაზომვების გაურკვევლობის დასადგენად).

მაგრამ როგორ უკავშირდება ეს ტალღის სიგრძეს? განტოლება არის lambda = (a * x) / d, სადაც 'lambda' არის ტალღის სიგრძე მეტრებში, 'a' არის მანძილი ნაპრალებს შორის დიფრაქციულ გრეიტში, 'x' არის გარეთა გამოყოფა და 'd' არის მანძილი ეკრანსა და ბადეს შორის. ეს ყველაფერი თქვენ შეგიძლიათ შეცვალოთ განტოლებაში, რათა მოგცეთ ტალღის სიგრძე.

მაგრამ თქვენ შეიძლება გკითხოთ "როგორ ვიცი რა არის" a "?". თუ ჩვენ ვიცით, რომ გრეიტს აქვს 500 'ხაზი' მმ -ზე, ეს ნიშნავს, რომ მას აქვს 500, 000 ხაზი. თუ 1 მ გავყოფთ 500 000 ხაზზე, ვიღებთ მათ შორის მანძილს, რომელიც არის 2 µm. X და d– თან ერთად ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ ტალღის სიგრძე.

გახსოვდეთ, რომ ყველა ეს მანძილი მეტრშია. ტალღის სიგრძე ჩვეულებრივ გამოხატულია ნანო მეტრზე (10^-9 მ), ასე რომ თქვენ უნდა გაითვალისწინოთ, თუ გსურთ თქვენი პასუხის ნანომეტრზე გადაყვანა ან უბრალოდ გამოხატვა არის რაღაცას 10^-9.

ნაბიჯი 4: შედეგები

მე გავიმეორე ეს ექსპერიმენტი ამ ინსტრუქციისთვის, რათა შემექმნა გრაფიკი ზემოთ. ცხრილში შეგიძლიათ ნახოთ ორი სტრიქონი (მინიმალური და მაქსიმალური). ეს არის მაქსიმალური და მინიმალური ტალღის სიგრძე, რომელიც მითითებულია თავად ლაზერებზე, ასე რომ მე ვიცოდი დაახლოებით რა უნდა ყოფილიყო ტალღის სიგრძე, რომ მენახა სწორი პასუხი.

გაანგარიშებების დათვალიერებისას, ჩემი გაზომვები არ არის მაქსიმალურ და მინიმალურ საზღვრებში, მაგრამ ისინი სულ მცირე თანმიმდევრულია. განსხვავება გაზომვებსა და მოსალოდნელებს შორის იყო 4% და 10% შორის. მე არ გამიკეთებია გაურკვევლობის სრული გაზომვა, მაგრამ აშკარაა, რომ იქნება გაურკვევლობა გაზომვის ტექნიკით (ანუ ეკრანამდე მანძილის გაზომვა არ არის სრულყოფილად პერპენდიკულარული და ა. შ.). თუნდაც რაიმე გამოუცხადებელი შეცდომის მიუხედავად, მე მჯერა, რომ ეს არის რეალური ტალღის სიგრძის სამართლიანი წარმოდგენა და სრულყოფილად აჩვენებს ორმაგი ნაპრალის ექსპერიმენტს.

თუ თქვენ დაინტერესებული ხართ ნახოთ შედეგების სრული ნაკრები, მე დავურთე Excel ფაილი, რომელიც შეგიძლიათ გამოიყენოთ თქვენი საკუთარი გაზომვების შესასრულებლად. მე ახლა ვმუშაობ სათამაშო ლინზებთან და რეფლექტორებთან, შემატყობინეთ, დაინტერესებული იქნებით თუ არა ამის შესახებ ინსტრუქციით და გამაგებინეთ რას ფიქრობთ ამ სწრაფ ინსტრუქციებზე კომენტარებში.