Valon diffraktio yhdessä ja kahdessa raossa

Samankaltaiset tiedostot
VALON DIFFRAKTIO YHDESSÄ JA KAHDESSA RAOSSA

Essee Laserista. Laatija - Pasi Vähämartti. Vuosikurssi - IST4SE

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNIIKKA FYSIIKAN LABORATORIO V

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

Linssin kuvausyhtälö (ns. ohuen linssin approksimaatio):

VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

OPTIIKAN TYÖ. Fysiikka 1-2:n/Fysiikan peruskurssien harjoitustyöt (mukautettu lukion oppimäärään) Nimi: Päivämäärä: Assistentti:

YHDEN RAON DIFFRAKTIO. Laskuharjoitustehtävä harjoituksessa 11.

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Työn tavoitteita. 1 Johdanto

HARMONINEN VÄRÄHTELIJÄ

2.8 Mallintaminen ensimmäisen asteen polynomifunktion avulla

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

RATKAISUT: 10. Lämpötila ja paine

25 INTERFEROMETRI 25.1 Johdanto

2. Laskuharjoitus 2. siis. Tasasähköllä Z k vaipan resistanssi. Muilla taajuuksilla esim. umpinaiselle koaksiaalivaipalle saadaan = =

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 19: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Newtonin lakia käyttäen

MAATALOUSYRITTÄJÄN ELÄKELAIN MUKAISEN VAKUUTUKSEN PERUSTEET

Äänen nopeus pitkässä tangossa

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Matematiikan tukikurssi

Vakuutusmatematiikan sovellukset klo 9-15

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 1. viikolle /

TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1/7 TIETOTEKNIIKKA / SALO FYSIIKAN LABORATORIO V

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO

Elektronin ominaisvaraus

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Tehtävä 2 Todista luennoilla annettu kaava: jos lukujen n ja m alkulukuesitykset. ja m = k=1

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

AALTO-OPAS H-BEND VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Juhana Kankainen j82081 Teemu Lahti l82636 Henrik Tarkkanen l84319

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 12: Tasokehän palkkielementti, osa 2.

24AB. Lasertutkimus ja spektrianalyysi

4.7 Todennäköisyysjakaumia

Virhearviointi. Fysiikassa on tärkeää tietää tulosten tarkkuus.

Runkomelu. Tampereen kaupunki Juha Jaakola PL Tampere

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

Projekti 5 Systeemifunktiot ja kaksiportit. Kukin ryhmistä tarkastelee piiriä eri taajuuksilla. Ryhmäni taajuus on

Sattuman matematiikkaa III

Interferenssi. Luku 35. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun

Naulalevylausunto Kartro PTN naulalevylle

Työ 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA

MAB7 Talousmatematiikka. Otavan Opisto / Kati Jordan

Ensimmäisen asteen polynomifunktio

Ennen kuin mennään varsinaisesti tämän harjoituksen asioihin, otetaan aluksi yksi merkintätekninen juttu. Tarkastellaan differenssiyhtälöä

2 Taylor-polynomit ja -sarjat

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 2, Harmoninen värähtelijä

Vakuutusteknisistä riskeistä johtuvien suureiden laskemista varten käytettävä vakuutuslajiryhmittely.

Fysiikan laboratoriotyöt 2, osa 2 ATOMIN SPEKTRI

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 21: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Lagrangen

RATKAISUT: 21. Induktio

Talousmatematiikan verkkokurssi. Koronkorkolaskut

The acquisition of science competencies using ICT real time experiments COMBLAB. Kasvihuoneongelma. Valon ja aineen vuorovaikutus. Liian tavallinen!

Projekti 5 Systeemifunktiot ja kaksiportit. Kukin ryhmistä tarkastelee piiriä eri taajuuksilla. Ryhmäni taajuus on

Mittaustulosten tilastollinen käsittely

Kuituoptinen tehomittari ja kuituoptinen valonlähde

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

761121P-01 FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 1. Oulun yliopisto Fysiikan tutkinto-ohjelma Kevät 2016

M 2 M = sup E M 2 t. E X t = lim. niin martingaalikonvergenssilauseen oletukset ovat voimassa, eli löydämme satunnaismuuttujan M, joka toteuttaa ehdon

ja siis myös n= nk ( ). Tällöin dk l l

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 2, ratkaisuehdotukset. Johdanto differenssiyhtälöiden ratkaisemiseen

Puisten kävelysiltojen värähtelymittaukset

RAKENNUSAKUSTIIKKA - ILMAÄÄNENERISTÄVYYS

Diffraktio. Luku 36. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun

APTEEKKIEN ELÄKEKASSAN TEL:N MUKAISEN LISÄ- ELÄKEVAKUUTUKSEN LASKUPERUSTEET

Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1

Usean muuttujan funktiot

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Hanoin tornit. Merkitään a n :llä pienintä tarvittavaa määrää siirtoja n:lle kiekolle. Tietysti a 1 = 1. Helposti nähdään myös, että a 2 = 3:

ONKO SUOMALAINEN VAHINKOVAKUUTUSYHTIÖ TASOITUSVASTUUNSA VANKI? fil. tri Martti Pesonen, SHV. Suomen Aktuaariyhdistyksen vuosikokousesitelmä

YOUNGIN KOE. varmistaa, että tuottaa vaihe-eron

S Hahmontunnistus ihmisläheisissä käyttöliittymissä Kasvojen tunnistus ja identiteetin tarkistus: ZN-Face

YRITTÄJIEN ELÄKELAIN (YEL) MUKAISEN LISÄELÄKEVAKUUTUKSEN PERUSTEET. Kokooma Viimeisin perustemuutos vahvistettu

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 1 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

9 Lukumäärien laskemisesta

Eksimeerin muodostuminen

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 1. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

Luku 1: Järjestelmien lineaarisuus, differenssiyhtälöt, differentiaaliyhtälöt

Ene LVI-tekniikan mittaukset ILMAN TILAVUUSVIRRAN MITTAUS TYÖOHJE

Luku 1: Järjestelmien lineaarisuus, differenssiyhtälöt, differentiaaliyhtälöt

Wien R-J /home/heikki/cele2008_2010/musta_kappale_approksimaatio Wed Mar 13 15:33:

Vastksen ja diodin virta-jännite-ominaiskäyrät sekä valodiodi

J1 (II.6.9) J2 (X.5.5) MATRIISILASKENTA(TFM) MALLIT AV 6

Lasermerkkauslaite Arctic Steel and Mining (ASM) tutkimusryhmään

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 1, MALLIRATKAISUT

Fysiikan laboratoriotyöt 3 Sähkömotorinen voima

6 Lineaarisen ennustuksen sovelluksia

M y. u w r zi. M x. F z. F x. M z. F y

1. (Jatkoa Harjoitus 5A tehtävään 4). Monisteen esimerkin mukaan momenttimenetelmän. n ne(y i Y (n) ) = 2E(Y 1 Y (n) ).

Kaupunkisuunnittelu

Laserin käyttö eläinlääkinnässä

TYÖ 2: OPERAATIOVAHVISTIMEN PERUSKYTKENTÖJÄ

Työntekijän eläkelain (TyEL) mukaisen eläkevakuutuksen erityisperusteet

1. YKSISUUNTAINEN VARIANSSIANALYYSI: AINEISTON ESITYSMUODOT

Transkriptio:

Jväslän Ammattioreaoulu, IT-instituutti IXPF24 Fsiia, Kevät 2005, 6 ECTS Opettaja Pasi Repo Valon diffratio hdessä ja ahdessa raossa Laatija - Pasi Vähämartti Vuosiurssi - IST4S1 Teopäivä 2005-2-17 Palautuspäivä 2005-3-10 Rhmä E1 / A3 Osanen Janne Vaitti Miael Vähämartti Pasi 10.3.2005 1/7

LABORATORIOTYÖN KUVAUS Tehtävän määrittel: Taroitus on määrittää laservalon aallonpituus (λ) hden raon tapausessa, seä raojen välinen etäiss (d) ahden raon tapausessa virherajoineen. Johdanto: Valo on sähömagneettista säteilä siinä missä röntgensäteet ja radioaallotin. Nävän valon aallonpituus on välillä 380nm 760nm (taajuus 430-750 THz), un taas esim. leisradiotoiminnassa ätett aallonpituus on välillä 2,77m 3,41m (taajuus 88-108 MHz). Sähömagneettisten aaltojen etenemisnopeus riippuu väliaineesta, thjiössä se on 300 000 m/s. Tavallinen (esim. hehulampun tuottama) valo sisältää useita aallonpituusia, joa säteilee satunnaisesti joa suuntaan erivaiheista säteilä. Laser poieaa tavallisesta valosta siten, että sillä on tiett aallonpituus, se on hdensuuntaista ja samanvaiheista. Sana LASER tulee sanoista Light Amplification b Stimulated Emission of Radiation, joa suomesi äännettnä taroittaa valon vahvistusta stimuloidun säteiln emission avulla. Se mitä se sitten ätännössä taroittaa, niin asiasta iinnostunut voi ädä tutustumassa laserin tuottomeanismiin esim. osoitteessa http://science.howstuffwors.com/laser.htm Mittausissamme ätetn laserin aallonpituudesi on ilmoitettu 632,8nm, joa onin taroitus määrittää teemiemme mittausten perusteella. Raportin lopussa näemme miten onnistuimme mittausissamme. 10.3.2005 2/7

Tehtävässä ätett htälöt ja niiden siötarastelut: Aallonpituuden laseminen: a sinθ λ = a [ mm] = [ mm] [ pl] D 1 [ ] [ mm ] 1 mm [ mm] [ pl] λ = laservalon aallonpituus a = raon leves = ertaluu = minimien poieama D = varjostimen etäiss linssistä Raojen välimatan laseminen: n λ D d = n λ sinθ [ ] [ ] [ mm mm pl ] [ ] [ mm] mm d = raojen välimata n = interferenssin ertaluu λ = laservalon aallonpituus D = varjostimen etäiss linssistä = minimien poieama Suhteellisen virheen laseminen: λ( λ( D D + Absoluuttisen virheen laseminen (hden raon tapausessa): λ( + λ( D Absoluuttisen virheen laseminen (ahden raon tapausessa): d( + d( D 10.3.2005 3/7

Mittausmenetelmät: Tehtävän suorittamisessa ätettiin rullamittaa, töntömittaa, paperia ja apeaäristä nää. Mittavälineistä seä paperille äsin piirretstä uviosta arvioitiin virheen suuruus, tuloset irjoitettiin etuäteen tehtn mittauspötäirjaan. Aallonpituuden määrittäminen: Laservalonlähde, hden raon elementti ja heijastin asetettiin paialleen mittausia varten suunniteltuun uralliseen metallitanoon. Raon ja heijastimen välinen etäiss säädettiin mahdollisimman suuresi siten, että sntvä diffratiouvio on mahdollisimman terävä. Tämän jäleen mitattiin mittanauhalla raon ja heijastimenvälinen etäiss (D). Varjostimelle asetettuun valoiseen A4-ariin piirt diffratiouvio. Tämän jäleen meritään nällä piirtäen joainen havaittavissa olevan minimin ja intensiteettijaauman esiohta. Tämän jäleen töntömitalla mittaamalla mittaamme merittjen ohtien välimatat. Lopusi lasetaan saaduista arvoista aallonpituus, seä virherajat arvioitujen mittausvirheiden avulla. Lopullinen tulos on lasettujen arvojen esiarvo. Mittaustuloset lötvät sivulta 5 ja esimerilasut sivulta 6. Raojen välimatan määrittäminen: Mittaaminen tapahtuu pitälti edellisen uvausen muaisesti. Tällä ertaa hden raon elementti orvattiin ahden raon elementillä. Pääpiirteittäin ahden raon elementti luo heijastimeen samanlaisen uvion uin hden raon tapausessa. Nt paperille piirretään esimmäisen ja siitä ahden seuraavan valomasimin esiohta, sitten minimin esiohta ja taas ahden masimin esiohta. Tämän jäleen mitattiin etäisdet esipisteestä ja irjattiin tauluoon. Saatujen tulosien perusteella saadaan lasettua raojen välinen etäiss (d). Lopullinen tulos on lasettujen arvojen esiarvo. Mittaustuloset lötvät sivulta 5 ja esimerilasut sivulta 6. 10.3.2005 4/7

Mittaustuloset: Varjostimen etäiss raosta, D = (2385±5)mm I-raon tapaus RAON LEVEYS a=0,12mm Y [mm] Y [mm] Y7 93,0 1,0 Y6 79,0 1,0 Y5 66,0 1,0 Y4 53,5 1,0 Y3 40,0 1,0 Y2 27,0 1,0 Y1 13,0 1,0 Y-1 13,0 1,0 Y-2 27,0 1,0 Y-3 40,0 1,0 Y-4 53,5 1,0 Y-5 66,5 1,0 Y-6 79,0 1,0 Y-7 93,0 1,0 II-raon tapaus RAON LEVEYS a=0,10mm ; d=0,25mm Y [mm] Y [mm] Y5 24,0 1,0 Y4 18,0 1,0 Y3 - - Y2 12,0 1,0 Y1 6,0 1,0 Y-1 6,0 1,0 Y-2 12,0 1,0 Y-3 - - Y-4 18,0 1,0 Y-5 24,0 1,0 Varjostimen etäisden (D) mittavirheesi arvioimme 5mm ja varjostimeen äsin piirrettjen viivojen (Y) mittavirheesi 1mm ( Y) seä hden että ahden raon tapausessa. 10.3.2005 5/7

Lasuesimerit: Aallonpituus: asinθ λ = a D 1 = 0,12 mm 27 mm 2385 mm 1 2 = 0,00067924 mm 680 nm Aallonpituuden suhteellinen virhe: D 5 mm 1mm + = + = 0,03913 3,9% D 2385 mm 27 mm Aallonpituuden absoluuttinen virhe: + λ = 0,03913 679,24 nm = 26,58 nm 30 nm D Aallonpituus virherajoineen: λ ± λ = ( 680 ± 30)nm Raojen välinen etäiss: n λ D 2385 mm d = n λ = 2 0,0006328 mm = 0,2515mm 0,25 mm sinθ 12 mm Raojen välisen etäisden suhteellinen virhe: D 5 mm 1mm + = + = 0,08542 8,5% D 2385 mm 12 mm Raojen välisen etäisden absoluuttinen virhe: d = + d = 0,08542 0,2515 mm = 0,02148 mm 0,02 mm D Raojen välinen etäiss virherajoineen: d ± d = ( 0,25 ± 0,02)mm 10.3.2005 6/7

Tön ja tulosten arviointi: Itse lasetut arvot: Ysi rao Kasi raoa Raon leves 0,12 mm 0,10 mm λ± λ (nm) d± d (mm) Y7 668±9 Y6 660±10 Y5 664±12 0,25±0,01 Y4 673±14 0,25±0,02 Y3 670±20 Y2 680±30 0,25±0,03 Y1 650±60 0,25±0,05 Y-1 650±60 0,25±0,05 Y-2 680±30 0,25±0,03 Y-3 670±20 Y-4 673±14 0,25±0,02 Y-5 664±12 0,25±0,01 Y-6 660±10 Y-7 668±9 esiarvo 670±30 0,25±0,02 Kirjallisuusarvot: a [mm] d [mm] λ [nm] I-rao 0,12 II-raoa 0,10 0,25 Laserin aallonpituus 632,8 Lähde: Dioista ja laserista Kätetistä osista atsotut ja itse määritellt arvot eivät ole identtiset, mutta ovat hvin lähellä toisiaan. Snä heittoihin ovat mittausepätaruudet. Suurimman epätaruuden aiheuttaa äsin piirrett viivat diffratiouviosta paperille, joiden minimit ja masimit määriteltiin silmämääräisesti Määritetn laserin aallonpituus meni vähän läanttiin, eiä virhearvioaan ole aivan tarpeesi suuri, jotta mitattu ja ilmoitettu luema ohtaisivat. Heitto ei ole uitenaan ovin suuri. Raojen etäisden määrittäminen onnistui sitäin paremmin. Saatu tulos on htä ilmoitetun arvon anssa, lasettu virhearvioaan ei ole ovin suuri. En voi olla uin ttväinen saatuihin tulosiin. Koonaisarvio: Laboratoriomittausten teeminen oli suhteellisen helppoa. Mittausten teeminen mitalla ja töntömitalla olivat huomattavan epätaroja. Tämä siitä sstä, osa paperille heijastetusta diffratiouviosta määriteltiin minimit ja masimit silmämääräisesti ja viivat piirrettiin äsin. Tö oli havainnollinen ja mieleniintoinen. Oli mieleniintoista uina si valonsäde psti jaautumaan moneen osaan apean raon avulla tuottaen diffratio uvion heijastimeen. Olen ttväinen saatuihin lopputulosiin ja tämän doumentaation uloasuun ja sisältöön. 10.3.2005 7/7