Siatka dyfrakcyjnaSiatką dyfrakcyjną nazywamy szereg wzajemnie równoległych i leżących w równych

odstępach szczelin. Odległości między sąsiednimi szczelinami nazywamy stałą siatki. Zazwyczaj siatkę dyfrakcyjną stanowi szereg rys na szkle, przestrzenie między rysami spełniają rolę szczelin. Światło, padając na siatkę dyfrakcyjną, doznaje ugięcia na każdej szczelinie i w płaszczyźnie ogniskowej soczewki zbierającej daje maksima podobne jak w przypadku pojedynczej lub podwójnej szczeliny. Maksima promieni ugiętych są szczególnie wyraźne, gdy wzmacniają się promienie wychodzące ze wszystkich szczelin. Następuje to wtedy, gdy między promieniami wychodzącymi z dwóch sąsiednich szczelin różnica dróg wynosi kλ, czyli dla kąta β określonego wzorem:

d sinβ=kλRóżnica dróg skrajnych promieni wynosi wtedy:

N d sinβ1=Nkλgdzie N oznacza liczbę szczelin.

Pierwsze minimum boczne otrzymamy wtedy, gdy wygaszają się promienie pochodzące od pierwszej skrajnej i środkowej szczeliny. Wtedy promienie z kolejnych par liczonych od jednej krawędzi siatki i od środka zawsze się wygaszają. Odległośćtych szczelin wynosi 0,5Nd, a różnicadróg: 0,5Ndsinβ. Warunek na minimum przyjmuje postać:

sinβk = kλ / NdDla k =N otrzymamy pierwsze maksimum. Zatem pomiędzy kolejnymi maksimami występuje N -1 minimów oraz N - 2 maksimów wtórnych, w których jest bardzo małe natężenie. Sinus kąta odchylenia β dla najbliższego minimum otrzymamy, dodając

sinβ’k = kλ/d + λ/NdDwie linie wodorowe λ + δ λ i λ możemy rozróżnić wtedy, gdy ich przesunięcie kątowe (różnica sinusów kąta ugięcia) będzie przynajmniej takie, że maksimum jednej linii przypadnie na minimum drugiej, czyli:

k/d(λ + δ λ) = kλ/d + λ/Ndstąd:

λ/ δ λ = kNWielkość λ/ δ λ nazywa się zdolnością rozdzielczą siatki. Jak wynika ze wzoru zdolność rozdzielcza jest proporcjonalna do całkowitej liczby rys N i do rzędu ugięcia k.

Budowa spektrometruPrzyrząd składa się z dwóch ramion ruchomego (1) i nieruchomego (2). Wsporniki (3) i (4) służą do podtrzymywania ramion. Wspornik (4) jest połączony na stałe, a wspornik (3) obrotowo z prętem (5) podstawy (6). Na ramieniu (2) mocuje się obiektyw kolimatora (7) i jego szczelinę (8). Luneta składająca się z obiektywu (9), kolektora (10) i ocznika (11) jest umieszczona na ramieniu ruchomym (1). Wszystkie elementy lunety i kolimatora mocuje się na stałe nakrętkami od spodu ramion w specjalnych wycięciach. W środkowej części przyrządu znajduje się obrotowa tarcza (12) z podziałką kątową. Na tarczy mocuje się na kołkach stolik (13), na którym ustawić można pryzmat (14) lub siatkę dyfrakcyjną (15). Na ramieniu nieruchomym umocowany jest wskaźnik (16), a na ramieniu ruchomym noniusz (17). Na tarczy umieszczona jest podziałka kątowa, której działka elementarna wynosi 1°.

Rys przedstawia widok wycinka tarczy i noniusza. Noniusz ten ma 24 działki, po 12 w lewo i w prawo od kreski środkowej. Dokładność odczytania kąta przy użyciu noniusza wynosi 5'. Tarcza ma możliwość obrotu

względem swej osi, niezależnie od ruchu ramienia ruchomego. Przy pokręcaniu tarczą wyczuwa się znaczny opór, który jest konieczny, by nie następowała przypadkowa zmiana położenia tarczy podczas ruchu ramienia z lunetą. Ramię ruchome i pręt podstawy połączone są zespołem blokady. Śruba (18) służy do unieruchomienia ramienia z lunetą. Po zaciśnięciu tej śruby przez pokręcanie pokrętłem

(19) powodujemy drobny ruch przesuwający ramię ruchome. Ruch ten służy do dokładnego ustawienia lunety, np. na szczelinę kolimatora czy linię widma.

Przygotowanie spektrometru do ćwiczeńUkład soczewki lunety i kolimatora został uregulowany przed ćwiczeniami Obserwując okiem, przesuwamy ocznikiem tak długo, aż ujrzymy ostry obraz „nici" na kolimatorze i w tej pozycji mocujemy nakrętkami ocznik i kolimator. Po wyregulowaniu lunety dopuszczalna jest jedynie zmiana położenia ocznika wtedy, gdy zmieni się obserwator. Szerokość szczeliny kolimatora ustawia się, poruszając dźwignię przesłony. Szerokość szczeliny powinna wynosić 0,5-1 mm. Na tarczy spektrometru ustawiamy stolik (13), na którym stawia się pryzmat lub siatkę dyfrakcyjną i dociska sprężyną zabezpieczającą przed spadnięciem. Pryzmat na stoliku ustawiamy jak na rys

Wykonanie ćwiczenia

Pomiar długości fali światła.

1. Ustawiamy na stoliku spektrometru siatkę dyfrakcyjną przy położeniu stolika na 0° i 180° (tak aby padająca wiązka była prostopadła do powierzchni siatki).

2. Oświetlamy szczelinę kolimatora lampą sodową.3. Wykonujemy dwa odczyty kątów przy położeniu lunety na pierwszy rząd widma (prawy i lewy) i drugi rząd

widma (prawy i lewy).4. Znając stałą siatki (0,005 mm) i przekształcając wzór (6.16), obliczamy długość fali światła sodowego.5. Tak samo postępujemy, mierząc długość fali światła czerwonego i fioletowego. Wówczas przed

szczeliną kolimatora umieszczamy rurkę Pluckera z wodorem lub helem i nastawiamy „nić" lunety na wybraną barwę.

Dyfrakcja światła:Polega na odchyleniu kierunku rozchodzenia się światła od pierwotnego kierunku, kiedy

przechodzi ono przez niewielkie szczeliny, otwory lub natrafia na przeszkody.Podczas korzystania z rozciągłego źródła światła efektów dyfrakcji nie zauważamy.

Interferencja światła:Powstaje w wyniku nałożenia się fal spójnych (o jednakowej długości i stałej różnicy faz co

powoduje albo wzajemne wzmocnienie albo osłabienie) Zjawisko interferencji wyjaśnia dlaczego na ekranie otrzymuje się obraz ciemnych i jasnych

prążków. W miejscu, gdzie spotykają się fale świetlne o jednakowych fazach otrzymujemy jasny prążek a tam, gdzie spotykają się fale o przeciwnych fazach mamy prążek ciemny.

Fale dochodzące do wybranego punktu, a pochodzące od wtórnych źródeł wzajemnie interferują.

Każdy punkt, do którego dochodzi fala staje się wtórnym źródłem fal. Wtórne źródła są źródłami spójnymi.