Måling af laserbølgelængder: 4 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Hej alle, velkommen til en anden instruerbar! Denne gang ville jeg lave en virkelig let instruerbar du kan lave som et aften- eller weekendprojekt. Som en del af min løbende indlæring i spektrofotometri har jeg eksperimenteret med diffraktionsgitter og monokromatorer og faldet over "Youngs dobbeltspalteeksperiment". Dette er en fascinerende observation om, hvordan lys bevæger sig (i bølger) og afslører effekten af diffraktion for forskellige bølgelængder af lys.

Jeg besluttede mig for at prøve at gentage eksperimentet for selv at finde ud af, hvordan det fungerede med nogle laserpointer, og se om jeg kunne få eksperimentet til at fungere.

Trin 1: Forudsætninger og sikkerhed

Lasere er virkelig fede, men en advarsel, før vi fortsætter! At kigge ind i en laser eller en stærk kollimeret stråle kan blinde dig. Hvor det er muligt, vil jeg anbefale brug af farvefiltrerede sikkerhedsbriller for at forhindre, at vildstråler beskadiger dine øjne.

Laserpegere sælges ofte som "kattelegetøj", og jeg er vild med at drille min kat med dette, men jeg fandt den grønne meget stærk (næsten for lys til at se på). De hævder også at være mindre end 5 mW effekt, men jeg fandt en stor forskel mellem intensiteten af hver farve (jeg kan lave en optisk effektmåler til at måle dette i en separat instruerbar?). Jeg tvivler på, at etiketten stemmer overens med virkeligheden, som vi snart vil opdage, når vi måler bølgelængderne.

Jeg købte følgende materialer til forsøget:

• x3 laserpointer (rød, grøn, blå)
• Et replikkestativ
• Et diffraktionsgitterglas (500 linjer pr. Mm)
• Papir og kuglepenne
• Bulldog greb
• Måle lineal
• Sikkerhedsbriller

Trin 2: Opsætning af udstyr

Stativet skal være opsat, så laserpegeren er rettet ned mod diffraktionsgitteret. Laseren passerer gennem risten og projiceres på et stykke papir i bunden (skærmen). Følg disse enkle trin for at konfigurere dette:

1. Læg et stykke papir i bunden af stativet for at lave en skærm
2. Placer underarmen på retortstativet cirka 10 cm over stativet
3. Fastgør diffraktionsgitteret til underarmen og fastgør det med et bulldoggreb
4. Placer overarmen over diffraktionsgitteret (afstanden over risten gør ikke noget)
5. Fastgør laseren til overarmen, så den er rettet, så strålen passerer gennem diffraktionsgitteret
6. Sæt dit sikkerhedsudstyr på, og så er du klar til at skyde nogle lasere!

Trin 3: Eksperiment

For at finde laserens bølgelængde skal du måle frynseparationen. Følg denne metode for at gøre dette:

1. Når laserne rammer papiret (skærmen), skal du skrive ned med en pen, hvor lyspunkterne forekommer (disse er kendt som fingre). Sørg for at skrive den midterste ned og dem på begge sider.
2. Gentag trin 1 for hver farve, og markér kanten på papiret
3. Når du har gjort dette for alle lasere, skal du måle afstanden mellem den midterste kant og den første kant ved siden af den (dette er kendt som 1. ordens frynser).

(Du vil bemærke, at der er en uoverensstemmelse mellem billedet og det, jeg har registreret i mine resultater senere. Dette er fordi jeg gjorde dette et par gange for at bestemme usikkerhed i målingen).

Men hvordan hænger det sammen med bølgelængde? Ligningen er lambda = (a * x) / d, hvor 'lambda' er bølgelængden i meter, 'a' er afstanden mellem slidserne i diffraktionsgitteret, 'x' er frynseparationen, og 'd' er afstanden mellem skærmen og gitteret. Alt dette er tilgængeligt for dig at erstatte i ligningen for at give dig bølgelængden.

Men du kan spørge "hvordan ved jeg, hvad 'a' er?". Nå, hvis vi ved, at gitteret har 500 'linjer' pr. Mm, betyder det, at der er 500.000 linjer pr. M. Hvis vi deler 1m med 500.000 linjer, får vi afstanden mellem dem, som er 2 µm. Sammen med x og d kan vi nu beregne bølgelængde.

Husk at alle disse afstande er i meter. Bølgelængde udtrykkes normalt nanometer (10^-9 m), så du bliver nødt til at overveje, om du vil konvertere dit svar til nano-meter eller blot udtrykke er noget 10 x -9.

Trin 4: Resultater

Jeg gentog dette eksperiment for dette instruerbare til at producere grafen ovenfor. I tabellen kan du se to rækker (min og max). Disse er maksimale og minimale bølgelængder, der er angivet på selve laserne, så jeg vidste cirka, hvad bølgelængden skulle være for at se, om jeg fik det rigtige svar.

Når jeg ser på beregningerne, ligger mine målinger ikke inden for maksimums- og minimumsgrænserne, men de er i det mindste konsistente. Forskellen mellem det målte og forventede var mellem 4% og 10%. Jeg foretog ikke en fuld usikkerhedsmåling, men det er indlysende, at der vil være usikkerhed indført ved måleteknikkerne (dvs. måling af afstanden til skærmen er ikke perfekt vinkelret osv.). Selv med en fejl, der ikke er redegjort for, mener jeg, at dette er en rimelig repræsentation af de faktiske bølgelængder og perfekt demonstrerer eksperimentet med dobbeltspalte.

Hvis du er interesseret i at se det fulde sæt af resultater, har jeg vedhæftet excel -filen, du kan bruge til at udføre dine egne målinger. Jeg er nu i gang med at lege med kollimerende linser og reflekser, lad mig vide, hvis du ville være interesseret i en instruerbar om dette, og lad mig vide, hvad du syntes om denne hurtige instruerbare i kommentarerne.