długości mikrofal - laboratorium - acallk

długości mikrofal.doc
(390 KB) Pobierz
TEMAT: POMIAR DŁUGOŚCI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH METODAMI
INTERFERENCYJNYMI
CEL ĆWICZENIA: Celem ćwiczenia jest pomiar długości fal elektromagnetycznych – mikrofal
trzema metodami:


przy użyciu interferometru Michelsona
przy użyciu interferometru Fabry – Perota
 za pomocą siatki dyfrakcyjnej
WSTĘP TEORETYCZNY:
Rozchodzenie się w przestrzeni zaburzenia stanu ośrodka materialnego, czyli
rozchodzenia się wszelkiego rodzaju drgań nazywamy falą.
W naszym ćwiczeniu badamy fale elektromagnetyczne, a więc zaburzenia pola
elektromagnetycznego rozchodzące się w przestrzeniu za skończoną prędkością.
Pomiarów dokonujemy badając mikrofale – fale elektromagnetyczne położone między
daleką podczerwienią a ultrakrótkimi falami radiowymi. Obejmują ono pasmo o częstotliwości
od 109 Hz do 1011Hz, co w skali długości odpowiada przedziałowi od 30cm do 3mm.
Interferencja fal to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub
zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla wszystkich rodzajów fal, we
wszystkich ośrodkach, w których mogą rozchodzić się dane fale. W ośrodkach liniowych fale o
jednakowej częstotliwości ulegając interferencji spełniają zasadę superpozycji[1]. Aby można
było zaobserwować zjawisko interferencji, nakładające się fale muszą posiadać stała w czasie
różnicę faz – muszą być spójne. Spójne wiązki światła można otrzymać rozdzielając (przez
odbicie lub załamanie) na dwie wiązki światło wysyłane przez niewielki obszar źródła
rozciągłego. Każdy ciąg falowy ulega przy tym rozdzieleniu na dwa ciągi falowe wchodzące w
skład dwu różnych wiązek. Ciągi te są ze sobą spójne i mogą dać stały obraz interferencyjny,
niezależnie od tego, przez który atom i w jakiej chwili zostały wysłane. Obraz powstający na
ekranie w wyniku interferencji spójnych wiązek światła monochromatycznego jest taki, jak
gdyby interferowały proste fale harmoniczne.
Interferometr jest przyrządem optycznym, którego działanie opiera się na interferencji
światła. Stosowany jest do precyzyjnych pomiarów długości fali światła i badania struktury linii
widmowych, współczynnika załamania substancji przezroczystych i bardzo małych zmian
odległości.
Jednym z najbardziej rozpowszechnionych interferometrów dwuwiązkowych jest
interferometr Michelsona.
ZWIERCIADŁO Z2
SOCZEWKA I KOLIMATOR
ZWIERCIADŁO Z1
ŹRÓDŁO FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH
PŁYTKA PÓŁPRZEPUSZCZALNA
Rys. 1 Schemat działania interferometru Michelsona
Ze źródła wychodzą wiązki fal elektromagnetycznych. Soczewka i kolimator umieszczone za
źródłem powodują, że wiązki stają się wzajemnie równoległe. Padają one na półprzepuszczalną
płytkę i rozdzielają się. Część natrafia bezpośrednio na zwierciadło Z1 i ulega całkowitemu
odbiciu, a następnie natrafiając ponownie na płytkę półprzepuszczalną ulega załamaniu trafiając
do detektora. Pozostała część wiązek ulega załamaniu przy natrafieniu na płytkę
półprzepuszczalną zaraz po wyjściu ze źródła, następnie wiązki te odbijają się od zwierciadła Z2 i
przechodząc przez płytkę półprzepuszczalną trafiają do detektora. Na drodze do detektora wiązki
te ponownie się spotykają – tu występuje zjawisko interferencji na skutek występowania różnicy
dróg optycznych tych wiązek. Różnicę dróg optycznych obu wiązek możemy zmieniać
przesuwając zwierciadło Z1. przesunięcie zwierciadła Z1 o pewną wartość δ spowoduje zmianę
długość drogi optycznej odbijającej się od niego wiązki o 2δ. Jeśli δ jest przesunięciem
zwierciadła Z1 odpowiadającym m kolejny zmianom maksymalnych wzmocnień obserwowanych
w detektorze to mλ=2δ, stąd poszukiwana długość fali elektromagnetycznej wynosi:
Drugim rodzajem interferometru wykorzystanym w tym zadaniu jest wielowiązkowy
interferometr Fabry’ego – Perota.
Rys. 2 Schemat układu pomiarowego z interferometrem Fabry’ego – Perota
O – źródło fal elektromagn.; P – płytki płaskorównoległe; D – detektor; L – linijka; R – pokrętło do regulacji odległości między
płytkami
Zbudowany jest on z dwóch równoległych półprzepuszczalnych płaskich płytek
mających dużą zdolność odbijającą. Płytki te ustawione są równolegle, powierzchniami
zwierciadlanymi do siebie. Spójne, monochromatyczne światło dostające się do powietrza przez
pierwszą z płytek, ulega wielokrotnemu odbiciu od ich zwierciadlanych powierzchni i interferuje
ze sobą. Jeśli na pierwszą płytkę pada wiązka fal, to z drugiej płytki wychodzi szereg
równoległych wiązek. Zmieniając odległość między płytkami, zmieniamy różnicę dróg
optycznych ∆. Wzór na długość fali elektromagnetycznej otrzymujemy przeprowadzając
odpowiednie rachunki dla prostych zależności trygonometrycznych zachodzących między
płytkami:
gdzie:
d – odległość między płytkami
d - wzmocnienie fali
m
d -r-te wzmocnienie fal
m+r
Interferometr Fabry’ego – Perota można wykorzystać także dla wyznaczenia długości fali
dla wiązek, które przechodzą przez płytkę przepuszczającą część promieniowania a następnie są
odbite od zwierciadła. Przy naszym stanowisku pracy znajdował się własnie taki układ, które
zdjęcie przedstawiłyśmy poniżej:
Rys. 3 Układ pomiarowy dla fal odbitych od zwierciadła – rodzaj interferometru Fabry’ego - Perota
Siatka dyfrakcyjna jest przyrządem optycznym używanym w spektroskopii do pomiarów
długości światła lub otrzymywania widm optycznych. Jest to układ równych, równoległych i
jednakowo rozmieszczonych szczelin.
PRZEBIEG ĆWICZENIA:
I Seria pomiarów przy użyciu interferometru Fabry-Perota :
Korzystałyśmy z układu pomiarowego dla fal odbitych od zwierciadła, tj. złożonego z:
- nadajnika fal elektromagnetycznych;
- detektora fal elektromagnetycznych;
- miernika;
- płytki pleksi (przepuszczającą część promieniowania);
- zwierciadła (dokonuje całkowitego odbicia fali);
- linijki;
W celu odnalezienia wzmocnień biegnących fal(czyli punktów w których spotykają się
fale interferujące w zgodnych fazach). zbliżałyśmy zwierciadło do płytki plexi, której położenie
uprzednio określiłyśmy.
d płytki plexi =85 cm
W załączniku w tabeli nr 1 zamieściłyśmy dane zawierające : nr wzmocnienia oraz położenie
zwierciadła odpowiadające kolejnym wzmocnieniom.
Następnie obliczyłyśmy długość fali
gdzie :
- odległość między dwoma skrajnymi wzmocnieniami ,
m - liczba wzmocnień.
Dokładność pomiaru długości fali:
mλ = ± 0,030 cm
Ostateczny wynik:
λ=(3,39+/-0,030)cm
Błąd długości fali
W celu obliczenia błędu długości fali posłużyłyśmy się metodą najmniejszych kwadratów.
Błąd wyznaczyłyśmy z poniższego wzoru:
gdzie di=yi-(axib)
Aby obliczyć a i b skorzystałyśmy ze wzorów :
gdzie:
n jest liczbą wzmocnień
yi odległość
xi numer kolejnego wzmocnienia
II Seria pomiarów przy użyciu interferometru Michelsona
Przed rozpoczęciem pomiarów określiłyśmy położenie zwierciadła Z1:
D1=122 cm
Na zmianę dróg biegnących wiązek wpływało jedynie położenie zwierciadła Z2 . Dlatego też
chcąc zaobserwować na woltomierzu kolejne wzmocnienia sygnału, przesuwałyśmy
zwierciadło Z...
Plik z chomika:
acallk
Inne pliki z tego folderu:


!10naszefaleword.doc (967 KB)
 034.doc (135 KB)
 24.doc (69 KB)
 analiza.xls (57 KB)
Curie zajebiaszczo.dat.doc (418 KB)
Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin







Strona główna
Aktualności
Kontakt
Dla Mediów
Dział Pomocy
Opinie
Program partnerski




Regulamin serwisu
Polityka prywatności
Ochrona praw autorskich
Platforma wydawców
Copyright © 2012 Chomikuj.pl
 Literatura
Sprawozdania 2013