Informe 8 Laboratorio de Física

Física 3 “RED “RED DE DIF DIFRA RACC CCIÓ IÓN N”

Alumnos

: Carlos H. Yáñez J. Catherina Leiva Robles Alejandro Lepe Carrillo

Profesor

: Rodrigo Oñate G.

Fecha Entrega

: 18-05-2009

Ayudante

: Angélica Aravena.

Física 3

Planificación

La red de difracción es un dispositivo que permite separar la luz en sus componentes. Existen de dos tipos: Redes de difracción por reflexión y redes de difracción por transmisión. Una red de difracción se construye haciendo ranuras o rayas paralelas igualmente especiadas en la superficie plana de un metal (red por reflexión) o de una placa de vidrio (red por transmisión). Precisamente son las ranuras las que dispersan la luz y tienen como resultado ser opacas, por lo que los espacios entre las ranuras se comportan como rendijas. Al incidir una luz monocromática (una sola longitud de onda) en una red de difracción por transmisión, las ondas emergentes se encuentran en fase e interfieren en una pantalla ya sea constructiva o destructivamente, obteniéndose un patrón de interferencia (Fig.1), que consiste en una serie de franjas de máximos y mínimos luminosos.

En general, las ondas interfieren constructivamente cuando la diferencia de camino d sen θ es igual a un número entero de longitudes de onda.

Donde "d" es la distancia entre las rendijas (d puedes ser calculada sabiendo el número de líneas por mm), θ m - ángulo bajo el cual se ve una línea o máximo de orden de difracción m,  X  - longitud de onda. Por lo tanto, para cierta longitud de onda los máximos se ubicarán bajo diferentes ángulos que corresponderán a diferentes órdenes de difracción m. Esto significa que para incidencia de luz blanca en una rejilla de difracción, en la pantalla se obtendrá

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un patrón de difracción que contendrá todos los colores (componentes) de la luz. Calculando el ángulo bajo el cuál se ve cada color y empleando la expresión (1) se puede obtener la longitud de onda correspondiente a cada color. Materiales a emplear. Equipo necesario

Base de espectrometría Red de Difracción ( 600 líneas/mm ) Lamina Colimador  Disco de Aperturas Sensor de Rotación Fuente de Luz blanca

Cant.

Otros

Lente Colimador  Disco Graduado Lente Convergente Sensor de Luz alta sensitividad Riel de Montaje Fuente de Luz Láse r 

1 1 1 1 1 1

Esquema de montaje de equipos.

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Cant.

1 1 1 1 1 1

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Procedimiento

Utilice el Sensor de Rotación para medir el desplazamiento circular del disco graduado en grados y el sensor de luz para determinar la posición, por la intensidad lumínica, de los diferentes máximos de orden de difracción. Primero se realiza el estudio para la Luz Láser y luego para la Luz Blanca. Utilice el  DataStudio  para registrar y mostrar los datos por medio de un gráfico. Determine a partir de el, la variación angular y con estos datos determine la longitud de onda tanto para la Luz Láser como para cada color  del espectro de la Luz Blanca. Parte 1 Configuración del ordenador:

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Conecte el interfaz al ordenador y luego encienda el interfaz. Encienda el computador. Active el programa Data Studio y verifique que la interfaz sea detectada. Active de la tabla de sensores el Sensor de movimiento rotacional a los canales digitales 1 y 2. Active de la tabla de sensores el sensor de luz al canal analógico A. Minimice las pantallas y luego active un grafico para el registro de las mediciones. Fije en la escala vertical u ordenada la intensidad de la luz y en la escala horizontal o absisa la lectura del sensor de movimiento de rotación.

Calibre el sensor de movimiento rotacional bajo las siguientes condiciones: Frecuencia de muestra 5 Hz, medida de lectura "posición angular  canales 1 y 2 (rad)" y resolución de 360 Divisiones/vuelta. NOTA:

El sensor de luz calíbrelo para tomar lecturas de intensidad luminosa.

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Parte 2A: Recogida de datos-Luz Láser.

Coloque la fuente de luz láser en el riel delante de la base de espectrometría y retire la lámina colimadora, el lente colimador y el lente convergente. 1. Encienda la luz láser y verifique la presencia del máximo de orden 1 en la  base del disco de aperturas. 2. Gire manualmente el disco graduado hasta un punto por fuera del máximo  para el orden 1. 3. Presione la opción de inicio en el menú de pantalla. 2. Gire lentamente y en forma manual, en sentido anti-horario, el disco graduado desde este punto hasta que supere el máximo central, verifique el movimiento por medio del registro en el gráfico. 4. Presione la opción detener en el menú de pantalla. 5. Si desea repetir el proceso elimine los datos tomados y repita el proceso. 1.

Parte 2B: Recogida de datos-Luz Blanca.

Coloque la fuente de luz blanca en el riel delante de la base de espectrometría. Coloque la lámina colimadora y el lente colimador delante de la red de difracción sobre el riel y el lente convergente detrás de la red de difracción. 2. Encienda la luz blanca y verifique la presencia del máximo de orden 1 en la  base del disco de aperturas (espectro de colores de la luz). 3. Gire manualmente el disco graduado hasta el color rojo de! máximo para el orden 1. 4. Presione la opción de inicio en el menú de pantalla. 5. Gire lentamente y en forma manual, en sentido anti-horario, el disco graduado desde este punto hasta que supere el máximo central, verifique el movimiento por medio del registro en el gráfico. 6. Presione la opción detener en el menú de pantalla. 7. Repita el procedimiento desde el punto 3 en orden para cada color del espectro (naranjo, amarillo, verde, azul y violeta). 8. Si desea repetir el proceso elimine los datos tomados y repita el proceso. 1.

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Análisis de datos.

Determine para cada muestreo empleando la herramienta inteligente el ángulo inicial, el ángulo la variación angular. En la experiencia de luz blanca el ángulo inicial es 0. 2. Transfiera los resultados a una tabla en el informe de laboratorio. 1.

Para el informe de Laboratorio Tabla de Datos

θ1

θ2

Luz Laser  Rojo  Naranjo Amarillo Verde Azul Violeta

6.45

31.78

25.32

7.13*10^-7

0

24.014º

24.014º

6.79*10^-7

0

22.253º

22.253º

6.32*10^-7

0

21.234º

21.234º

6.04*10^-7

0

20.574º

20.574º

5.86*10^-7

0

16.611º

16.611º

4.77*10^-7

0

15.621º

15.621º

4.49*10^-7

Calculo de d El valor del máximo m = 1

Delta θ

Á=d*sen (Delta θ) /m

Color

d = (1/600)/1000

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CONCLUSIONES Y APLICACIONES

Compare los valores obtenidos con valores de referencia. 2. ¿Cuál es el ancho en longitud de onda del espectro electromagnético que  para el ser humano es visible? 3. a) Si utilizara un láser de nitrógeno (λ N = 337 nm), ¿a qué distancia del centro se encontraría el mínimo de orden 2?  b) ¿Esta longitud de onda se encuentra dentro de la banda del espectro visible o no? 1.

1- Con respecto a los valores de referencia el violeta, el azul y el rojo están dentro del rango, los demás tienen un pequeño margen de error, esto se debe a las posibles distorsiones que se generan en la toma de datos. 2- Con respecto a nuestros datos el espectro electromagnético visible para el ser humano es del rango 4.49*10^-7 y 6.79*10^-7. 3- A) Dsenθ=mλ  1.67*10^-6senθ=2*337*10^-9 senθ=0.4 θ = 23.57º

B) El láser de nitrógeno no se encuentra dentro del espectro visible, ya que su longitud se encuentra por debajo de la longitud del color  violeta que es el valor mínimo de longitud visible por el ser humano.

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