Måling av laserbølgelengder: 4 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Hei alle, velkommen til en annen instruerbar! Denne gangen ønsket jeg å lage en veldig lett instruerbar du kan gjøre som et kvelds- eller helgeprosjekt. Som en del av min pågående læring innen spektrofotometri har jeg eksperimentert med diffraksjonsgitter og monokromatorer, og snublet over "Youngs dobbeltspalteeksperiment". Dette er en fascinerende observasjon om hvordan lys beveger seg (i bølger) og avslører effekten av diffraksjon for forskjellige bølgelengder av lys.

Jeg bestemte meg for å prøve å replikere eksperimentet for å finne ut hvordan det fungerte med noen laserpekere, og se om jeg kunne få eksperimentet til å fungere.

Trinn 1: Forutsetninger og sikkerhet

Lasere er veldig kule, men en advarsel før vi fortsetter! Å se på en laser eller en sterk kollimert stråle kan blinde deg. Hvor det er mulig vil jeg anbefale bruk av fargefiltrerte vernebriller for å forhindre at herreløse stråler skader øynene dine.

Laserpekere selges ofte som "katteleker" og jeg liker å plage katten min med dette, men jeg syntes den grønne er veldig sterk (nesten for lys til å se på). De bekrefter også å være mindre enn 5 mW effekt, men jeg fant en stor forskjell mellom intensiteten til hver farge (jeg kan lage en optisk effektmåler for å måle dette i en separat instruerbar?). Jeg tviler på at etiketten stemmer overens med virkeligheten, som vi snart vil oppdage når vi måler bølgelengdene.

Jeg kjøpte følgende materialer for eksperimentet:

• x3 laserpekere (rød, grønn, blå)
• En replikkestativ
• Et diffraksjonsgitterrute (500 linjer per mm)
• Papir og penner
• Bulldog grep
• Måler linjal
• Sikkerhetsbriller

Trinn 2: Utstyrsoppsett

Stativet skal være satt opp slik at laserpekeren er rettet ned mot diffraksjonsgitteret. Laseren vil passere gjennom risten og projiseres på et stykke papir nederst (skjermen). Følg disse enkle trinnene for å sette opp dette:

1. Legg et stykke papir nederst på stativet for å lage en skjerm
2. Plasser underarmen på retortstativet omtrent 10 cm over stativet
3. Fest diffraksjonsgitteret til underarmen og fest den med et bulldoggrep
4. Plasser overarmen over diffraksjonsgitteret (avstanden over gitteret spiller ingen rolle)
5. Fest laseren til overarmen slik at den er rettet slik at strålen passerer gjennom diffraksjonsgitteret
6. Sett på sikkerhetsutstyret ditt, og så er du klar til å skyte noen lasere!

Trinn 3: Eksperimenter

For å finne bølgelengden til laseren må du måle frynseskillelsen. Følg denne metoden for å gjøre dette:

1. Når laserne treffer papiret (skjermen), skriv ned med en penn der lyspunktene oppstår (disse er kjent som fingre). Sørg for å skrive ned den midterste og de på begge sider.
2. Gjenta trinn 1 for hver farge, og merk av kantene på papiret
3. Når du har gjort dette for alle lasere, måler du avstanden mellom mellomkanten og den første utkant ved siden av den (dette er kjent som 1. ordens fryns).

(Du vil legge merke til at det er en avvik mellom bildet og det jeg har registrert i resultatene mine senere. Dette er fordi jeg gjorde dette noen ganger for å bestemme usikkerhet i målingen).

Men hvordan forholder dette seg til bølgelengden? Ligningen er lambda = (a * x) / d, hvor 'lambda' er bølgelengden i meter, 'a' er avstanden mellom slissene i diffraksjonsgitteret, 'x' er utkantsseparasjonen, og 'd' er avstanden mellom skjermen og gitteret. Alt dette er tilgjengelig for deg å erstatte i ligningen for å gi deg bølgelengden.

Men du kan spørre "hvordan vet jeg hva" a "er?". Vel, hvis vi vet at gitteret har 500 'linjer' per mm, betyr det at det er 500.000 linjer per m. Hvis vi deler 1m med 500.000 linjer, får vi avstanden mellom dem som er 2 um. Sammen med x og d kan vi nå beregne bølgelengde.

Husk at alle disse avstandene er i meter. Bølgelengde er vanligvis uttrykt nanometer (10^-9 m), så du må vurdere om du vil konvertere svaret ditt til nanometer eller bare uttrykke er noe ganger 10^-9.

Trinn 4: Resultater

Jeg gjentok dette eksperimentet for å instruere dette for å lage grafen ovenfor. I tabellen kan du se to rader (min og maks). Dette er maksimum og minimum bølgelengder som er angitt på selve laserne, så jeg visste omtrent hva bølgelengden skulle være for å se om jeg fikk det riktige svaret.

Når jeg ser på beregningene, ligger mine målinger ikke innenfor maksimums- og minimumsgrensene, men de er i det minste konsistente. Forskjellen mellom målt og forventet var mellom 4% og 10%. Jeg gjorde ikke en fullstendig usikkerhetsmåling, men det er åpenbart at det vil være usikkerhet innført av måleteknikkene (dvs. å måle avstanden til skjermen ikke er helt vinkelrett osv.). Selv med en feil som ikke er redegjort for, tror jeg at dette er en rettferdig fremstilling av de faktiske bølgelengdene og perfekt viser dobbeltspalteeksperimentet.

Hvis du er interessert i å se hele settet med resultater, har jeg lagt ved Excel -filen du kan bruke til å utføre dine egne målinger. Jeg er nå i gang med å leke med kollimerende linser og reflektorer, gi meg beskjed hvis du er interessert i en instruks om dette, og gi meg beskjed om hva du syntes om denne raske instruerbare i kommentarene.