9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése

Átírás

1 9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése PÁPICS PÉTER ISTVÁN csillagász, 3. évfolyam Beadva:

2 1. AZ ABLAKTÓL TÁVOLABBI MÉRHELYEN MÉRTEM. A mszerek feszültség alá helyezése után elször a goniométer tárgyasztalát állítottam vízszintesre, majd a Hg-Cd lámpa bekapcsolása után a rácsot a forrásra merleges helyzetben rögzítettem. Ez után a távcsövet a középs, elhajlást nem szenved csíkra állítottam, és a skálát a 0 pontra állítottam. A rács 8000 vonal/inch-es, azaz (1 inch = 0,054 m) ,699 vonal/m-es, melybl a 6 rácsállandó ennek a reciproka, azaz d = 3, m Mindkét oldalon kimértem az els rend elhajlási színkép fényesebb emissziós vonalait, valamint egy esetben a második rend ugyanazon vonalát is. A kétoldali értékek átlagából d a λ = sinα képlet alapján (ahol k az a rend száma, valamint d a rácsállandó) k számoltam a vonalak hullámhosszát. Lássuk mért adatokat (az jobb -nál már a 360 -ból kivont érték szerepel) és a számított eredményeket összefoglaló táblázatot (a leolvasási hiba ±0,1 a hullámhossz hibáját lásd késbb): szín bal jobb átlag (nm) ibolya 7 54' 54" 7 5' 08" 7 53' 31" 435,9 mélykék 8 30' 00" 8 7' 54" 8 8' 57" 468,3 türkizkék 8 43' 18" 8 40' 34" 8 41' 56" 480, zöld 9 14' 48" 9 1' 04" 9 13' 6" 508,9 sárgászöld 9 56' 08" 9 53' 40" 9 54' 54" 546,7 sárga I ' 1" 10 7' 8" 10 8' 50" 577,6 sárga II ' 0" 10 30' 00" 10 31' 31" 580,0 piros 11 44' 6" 11 40' 36" 11 4' 31" 644,3 És a második rendben egy vonalra (hibahatáron belül egyezik a kapott hullámhossz): sárga I. 1 5' 48" 1 15' 16" 1 0' 3" 577,8 A sárga I. vonalat (mely a kontraszthatás miatt kicsit narancsosnak tnt, így a sárga II-es is) többször is beállítottam (a mérés alatti pontosságnál kicsit durvábban), ebbl kapható a szögmérés hibája a goniométeren (hiszen a jobb és baloldali leolvasások kiátlagolásával a skálabeállítás vagy a merleges hibája már kiesett). szín bal - átlag (") 10 30' 1" 0, ' 06" -5, sárga I.: 10 30' 17" 5, ' 01" -10, 10 30' 0" 8,8 átl.: 10 30' 11," A legnagyobb eltérés = 10, (0, RAD), ami 0,157 nm-nek felel meg tekinthetjük ezt () a mérés abszolút hibájának. Ennél azonban jóval nagyobb a hullámhossz mérési hibája, mely a következ számításból adódik.

3 λ = d k cosα α Ezzel számolva a hibák: szín (nm) ibolya 8,9105 mélykék 8,897 türkizkék 8,89 zöld 8,8793 sárgászöld 8,8613 sárga I. 8,8456 sárga II. 8,8443 piros 8,8085 sárga I. 4,1894 Ezekbl a legnagyobbat veszem a hullámhossz hibájának, azaz = ±9 nm illetve a második rendben = ±4 nm. Megjegyezném azonban, hogy a mérési adatokból pontosan (a táblázatban elhagyott tizedesekre gondolok) számolt hullámhosszaknak a mellékletben csatolt elméleti hullámhosszaktól a legnagyobb eltérése is csupán 1, nm, míg az eltérések átlaga 0,6 nm, azaz a mérés valódi hibája a számított hibánál közel egy nagyságrenddel kisebb! Ennek megfelelen tájékoztatásul még egy tizedes jegyet feltüntetek a táblázatban, de jelzem, hogy ez már az elméleti hibaszámítás szerint nem lenne megengedett. A rács srsége ,699 vonal/m, így egy 4 cm = 0,04 m-es nyaláb N=1598 db. rést érint. Ebbl a felbontóképesség valamint a legkisebb megkülönböztethet hullámhosszeltérés is számolható: λ = kn λ valamint λ = λ kn Így a felbontóképesség, és = 580 nm-en (sárga fény függvénytáblázatból) a legkisebb megkülönböztethet hullámhosszkülönbség (nm-ben): Rend / 580nm , , ,0153 3

4 . PRIZMA. Elször is kiválasztottam a -es prizma jelölés élét, és ezzel a forrás felé a tárgyasztalra helyeztem. Ezután véletlenül elállítottam a skála 0 pontját, így mieltt elkezdtem volna a mérést, levettem a prizmát és az újból merlegesre állított rács segítségével újra beállítottam a nullpontot. Megmértem a prizma törszögét, mely a mérési eredményekbl a követke képletbl adódik (bal és jobboldali töralapokról visszavert fénynyalábok szögei): α bal + α ϕ = A mérési eredmények és a számolt törszög: 360 jobb bal jobb Törszög 57 45' 00" 97 40' 4" 60 0' 18" 57 39' 10" 79 34' 10" 60 0' 30" Így a törszög a két mérés átlagából = (1, RAD) A törésmutató kiszámolásához a prizmát a lemért élével a fényútba helyezve megmértem a színképi vonalakra a minimális eltérítési szögeket (itt egy az ibolya eltti vonal is jól megfigyelhet volt {valószínleg 404,66 nm-nél lásd a mellékletben az elméleti vonalaknál}, összességében a vonalak intenzívebbek is voltak, lévén itt nem oszlik szét az intenzitás több rendre megj.: a f vonalakon kívül itt számos kisebb intenzitású vonalat is könnyedén láttam): min (RAD) a (RAD) n/n (RAD) n/n n n 39 58' 58" 0, , , , ,5314 0, ' 50" 0, , , , ,578 0, ' 5" 0, , , , ,548 0, ' 30" 0, , , , ,538 0, ' 10" 0, , , , ,519 0, ' 40" 0, , , , ,5197 0, ' 58" 0, ,8668 0, , ,5183 0, ' 4" 0, , , , ,518 0, ' 4" 0, , , , ,5157 0, Bevezetve a következ összefüggéseket, a hibák és a relatív hibák számolhatók (legyen a törszög mérésének hibája, mely legyen a két mérés eltérése a törszög átlagától, így = 6 és legyen min pedig a minimális eltérítési szög mérésének hibája, melynek vehet az elz mérésnél számolt = 10, = min (az egész rendszert nulláról újra beállítva ugyanarra a vonalra ennél nagyobb, es eltérést kaptam, de a már beállított rendszeren belül a mérési pontosságnak sokkal jobban megfelel a 10,, mint ez az érték, így inkább a kisebb hibát használom (ha esetleg irreálisan kis hibát kapnék, kiszámolom a nagyobb értékre is): 4

5 ϕ + ε a = min és b = ϕ = 0, a = 1 min 10 5 ( ϕ + ε ) = 3, RAD 1 5 b = ϕ = 1, RAD Ebbl számolható a törésmutató relatív hibája: n n = ctga a + ctgb b Végül a törésmutató hibája n = ±0,005 ami nem irreálisan kicsi, így nem kell a nagyobb hibára végigszámolni, mert az adna irreálisan nagy értéket. Így a törésmutatók és a diszperziós görbe (a mögé illesztett spektrum közelítleg visszaadja a prizmán keresztül látott színeket, azonban a kék tartományban a résen látott színek kissé eltértek): (nm) 404,7 435,9 468,3 480, 508,9 546,7 577,6 580,0 644,3 n 1,531 1,58 1,55 1,54 1,5 1,50 1,518 1,518 1,516 5

6 MELLÉKLET: 6