Lys og gitterligningen

Transkript

1 Fysik rapport: Lys og gitterligige Forfatter: Bastia Emil Jørgese.z Øvelse blev udført osdag de 25. jauar 202 samme med Lise Kjærgaard Paulse

2 2 - Bastia Emil Jørgese Fysik rapport (4 elevtimer), februar 202 Formål Målig af bølgelægde fra e lommelasers lys ved hjælp af et optisk gitter. Teori Lys er elektromagetisk strålig, der består af bølger. Det sylige lys er de del af det elek- tromagetiske spektrum (EM), som ka ses med det meeskelig øje, og består af strålig med bølgelægder, λ, fra ca. 400 m til ca. 750 m. Bølgelægde er afstade mellem to på hiade følgede bølgetoppe og beteges med det græske bogstav lambda, λ. Bølgere sviger også med et atal svigiger pr. sekud. Dette kaldes bølges frekves, f, og ehede for dette er Hertz (Hz). Det sylige lys udgør ku e lille del af EM, for der fides bølger med lagt lavere og højere lægder. Dette er ikke relevat i dee sammehæg, me vigtigt er det, at lys i modsætig til lydbølger ka bevæge sig geem et vakuum, og at de forskellige farver i det sylige lys spektrum er bestemt af de give bølgelægde. Som det ses i illustratioe heruder, har vio- let og blåt lys e kortere bølgelægde ed gul og rødt lys eksempelvis: Lys udsedes som små bølgepakker af eergi fra selve atomere, hvor elektroere udseder eergi, år de bevæger sig fra deres exciterede tilstad, hvor de som følge af absorberig af eergi er ået ud i e bae med større eergi omkrig atomkere, hvor de ikke reelt ikke hører til, til grudtilstade, hvor lyset så udsedes, år elektroe afgiver eergi i form af fotoer. I e laser udsedes esfarvet lys i et sævert og præcist strålebudt med høj itesitet, hvor alle svigiger foregår i takt. Dette sker fordi ma frembriger e stimuleret emissio, hvor e foto med samme eergi, som forskelle mellem to iveauer i atomet, briger e exciteret elektro ed i grudtilstade, så der forekommer to fotoer, der forstærker hiade og rammer flere atomer, så ma får e kostat stråle af fotoer, der så kaldes e laser. 3 For at dae laserstråle placerer ma to spejle på hver side af lasermediet, så lyset sedes frem og tilbage mage gage i lasere, og derved udløses edu flere fotoer, hvoraf ku e brøkdel lader sig slippe ud geem et lille hul i det ee spejl. Med e laser ka ma måle bølgelægde af lyset ud fra gitterligige, der ved bøjig af lys agiver forholdet med bølgelægde, λ, bøjigsvikle, v, mellem retige til 0. orde og retige til te orde og et optisk gitter med gitterafstade, d: d si (v) 2 Fogh, Esper & Kud Erik Nielse (2005), Veje til Fysik C, Silkeborg: Forlaget HAX 2 Billede låt fra gym.dk/fysik/la/atomfysik_webmappe/atom_2.htm, 22/2-202

3 3 - Bastia Emil Jørgese Fysik rapport (4 elevtimer), februar 202 Materialer laser, grø laser, målebåd og optiske gitre med følgede gittertyper: 00 lijer/mm, 300 lijer/mm, 600 lijer/mm og 200 lijer/mm. 4 Forsøgsbeskrivelse Forsøget blev udført ved at placere lasere, så des lys passerer geem gitteret, hvorved ma på e pla overflade (væg el. lig.) ka se lysets afbøjig og spredig. Herefter blev afstade og atallet af pukter oteret. Forsøget blev getaget med forskellige typer laser og optiske gitre med forskellige gitterafstade. Resultater Forsøg r Laserfarve Gittertype atal li- jer/mm, l Atal pukter Afstad mellem pukter, x Afstad til gitter Afstad til tavle fra gitter, a cm 2 cm 03 cm cm 2 cm 03 cm cm 2 cm 03 cm cm 03 cm ,8 cm 2 cm 03 cm cm 2 cm 03 cm cm 2 cm 03 cm cm 2 cm 03 cm 4 Billede veligst låt fra

4 4 - Bastia Emil Jørgese Fysik rapport (4 elevtimer), februar 202 Data- og resultatbehadlig: Nu ka ma vha. gitterligige berege lyskildes bølgelægde, λ, hvis dee isoleres: d si v λ d si v = d si v Da vikle, v, edu ikke kedes, skal dee bereges vha. tages: ta v = x a For at effektivisere beregigere idsættes dette direkte i gitterligige: x d si ta!! a Nu magler ma ku at defiere gitterkostate, d, der er afstade mellem spaltere i et givet gitter. Dette fides ved at dele med atallet af lijer pr. mm, l. Når dette idsættes fås følgede: x l si ta!! a Ved at beytte oveståede model ka ma berege rødt lys bølgelægde ud fra forsøg s resultater. Husk, at det er vigtigt, ma bruger de samme eheder i e formel som dee her vælges mm som udgagspukt, der derefter omreges til m: 00 si 70 ta!! 030 = 0, mm = 678,048 m På æste side er resultatere opstillet i skemaform, bereget ud fra oveståede model og sammeholdt med tabelværdie for de specifikke lysfarves bølgelægde.

5 5 - Bastia Emil Jørgese Fysik rapport (4 elevtimer), februar 202 Bølgelægde og afvigelse fra tabelværdi Forsøg r Laserfarve Bølgelægde, λ Bølgelægde tabelværdi Afvigelse 00 si 70 ta!! 030 =0, mm Ca. m 5 678,048 = 4,32% = 678,048 m si 20 ta!! 030 =0, mm Ca. m 665,92 = 2,45% = 665,92 m si 440 ta!! 030 =0, mm Ca. m 654,736 = 0,73% = 654,736 m 4 Det var ikke muligt at måle afstade mel- lem to pukter, da der ku forekom ét si 58 ta!! 030 =0, mm Ca. 50 m 562, = 0,24% = 562,26 m si 70 ta!! 030 =0, mm Ca. 50 m 542, = 6,43% = 542,88 m si 350 ta!! 030 =0, mm Ca. 50 m 536, = 5,4% = 536,23 m si 840 ta!! 030 =0, mm Ca. 50 m 526, = 3,27% = 526,673 m 5 edu.larc.asa.gov/eddocs/wavelegths_for_colors.html, 22/2-202

6 6 - Bastia Emil Jørgese Fysik rapport (4 elevtimer), februar Sammehæg mellem bølgelægde og gitterkostat laser laser farve farve Bølgelægde i m /00 /300 /600 /200 Gitterkostat I oveståede graf, der viser sammehæge mellem bølgelægde og gitterkostate, ka ma se, at desto flere lijer der er i gitteret, desto tættere på farves tabelværdi kommer ma. Idsættes ma de fude resultater i det sylige lys spektrum, ser ma tydeligt, at resulta- tere for det grøe lys falder ide for det grøe område og de røde resultater ide for det røde område: Fejlkilder Forsøget gik som forvetet. Af fejlkilder ka æves e usikkerhed i måligere mellem de fremkome lysprikker. Diskussio og vurderig Målige af afstade mellem de fremkome prikker kue godt være mere præcis, da tallet er e afgørede værdi i gitterligige. Der er e klar sammehæg mellem atallet af lijer i det optiske gitter og hvor tæt, ma kommer på tabelværdie for det specifikke lys bølgelægde. Geerelt af afvigelsere accep- table og lægger mellem 4,32% og 0,73% for det røde lys og 0,24% og 3,27% for grøt lys.

7 7 - Bastia Emil Jørgese Fysik rapport (4 elevtimer), februar 202 Det er vigtigt at være opmærksom over for afvigelsere, me i dette eksperimet er det svært at få resultater, der fuldstædig stemmer overes med tabelværdiere for lys bølgelægde. Der eksisterer uedeligt mage farver, og da de ekelte uacer har hver si bølgelægde, er det svært at sammeholde laseres farve med de korrekt tabelværdi, da rød ka have mage forskellige uacer eksempelvis. Det er altså svært at sammeholde ege resultater med tabelværdier i dee sammehæg, og hvis ma skal getage forsøget, ka ma sikre sig, at ma keder de avedte lasers bøl- gelægde ide start. Koklusio Det var muligt at bestemme e lommelasers lys ved hjælp af et optisk gitter og gitterligige. Resultatere stemte i større eller midre grad me hele tid acceptabelt - overes med tabel- værdiere, fordi der fides mage forskellige uacer af grøt og rødt lys. Hvis ma samme- holder resultatere med følgede illustratio, falder måligere også id uder de øskede områder: Forsøg r Laserfarve Bølgelægde, λ Bølgelægde tabelværdi Afvigelse 678,048 m Ca. m 4,32% 2 665,92 m Ca. m 2,45% 3 654,736 m Ca. m 0,73% 4 Det var ikke muligt at måle afstade mel- lem to pukter, da der ku forekom ét ,26 m Ca. 50 m 0,24% 6 542,88 m Ca. 50 m 6,43% 7 536,23 m Ca. 50 m 5,4% 8 526,673 m Ca. 50 m 3,27%