آب چه تاثیری بر طرح پراش یک توری دارد؟

پراش و شکست نور (اندازه‌گیری ضریب شکست با استفاده از پراش)

مقدمه:

توری پراش نوعی قطعه اپتیکی است، که از خطوطی ریز و نزدیک تاریک و روشن و یا از پستی و بلندی‌های شفافی تشکیل شده و طبق نظریه پراش، طول موج‌های مختلف را جدا می‌کند. در توری‌های عبوری، نور هنگام عبور از توری با رابطه زیر پراشیده خواهد شد:

a = m λ/ sinθ

که دراین رابطه a گام توری و θ زاویه پراش مرتبه m ، یعنی m امین لکه روشن نور روی پرده، نسبت به راستای اولیه نور است. بنابراین در پراش نور در عبور از توری، بسته به طول موج نور و تعداد خطوط توری، بخشی از نور در امتداد اولیه، ادامه مسیر می‌دهد که مرتبه صفرم پراش است و بخش‌های دیگر نسبت به امتداد اولیه زاویه‌های متفاوتی پیدا می‌کنند و مراتب بالاتر را تشکیل می‌دهند. زاویه انحراف بسته به مرتبه پراش متفاوت بوده و به طول موج نور نیز بستگی دارد.

از سوی دیگر طول موج نور به ضریب شکست محیط وابسته است، بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که وقتی پرتو پس از پراش از توری، وارد یک مایع شود، زاویه آن تغییر می‌کند. با استفاده از نسبت دو طول موج مربوط به نور لیزر در هوا و آب می­توان ضریب شکست آب را تعیین کرد. در این آزمایش با استفاده از پراش، ضریب شکست آب تعیین می­شود.

 

هدف:

در این آزمایش قصد داریم یک توری پراش با تعداد شیارهای معلوم را در ظرف آب قرار داده و با اندازه‌گیری زاویه پراش مرتبه اول و مقایسه آن با مقدار زاویه در هوا، ضریب شکست آب را محاسبه نماییم.

 

چه کاری می‌خواهیم انجام دهیم و به چه لوازمی نیاز داریم:

برای اندازه‌گیری زاویه پراش یک توری در آب و محاسبه ضریب شکست آن، به اقلام زیر نیاز داریم:

 

برای انجام علمی‌تر آزمایش و افزایش دقت، این روش‌ها به شما کمک می‌کند:

  • اندازه‌گیری زاویه

 

آزمایش (مقدماتی):

  • آکواریوم را به شکلی مقابل لیزر قرار دهید که پرتوهای بازتاب حاصل از برگشت نور از سطح آکواریوم دوباره به سمت منبع لیزر برگردد.
  • یک توری پراش در سطح داخلی آکواریوم در مسیر پرتو بچسبانید.
  • یک صفحه کاغذ مخصوص رسم نیز به روی دیواره خارجی که در مقابل لیزر قرار گرفته بچسبانید.
  • هنگامی که در آکواریوم فقط هوا وجود دارد، لیزر را روشن کرده، سپس لیزر و توری را به گونه‌ای تنظیم کنید که پراش مرکزی (مرتبه صفر) در وسط کاغذ (وسط دیواره مقابل) باشد و نقاط پراش به طور متقارن دو طرف قرار داشته باشند. نقطه پراش مرکزی (مرتبه صفر) و اولین نقطه پراش (پراش مرتبه یک) را علامت گذاری کنید.
  • فواصلL فاصله توری تا پرده (به عبارتی طول آکواریوم) و D فاصله مرکز نقاط پراش تا اولین پراش را اندازه بگیرید. در این صورت  Sinθدر رابطه بالا برابر است با D/L و m=1 و طول موج لیزر نیز مشخص است. با استفاده از رابطه بالا فاصله خطوط توری پراش را بدست آورید.
  • سپس آکواریوم را به قدری از آب پر کنید که روی توری پراش را بپوشاند.

  • می‌بینید که خط مرتبه اول از نقطه پراش مرتبه اول جابجا می‌شود. این مسئله ناشی از کوتاه‌تر شدن طول موج می‌باشد.
  • حال در رابطه بالا Sinθرا برای نقطه جدید بدست آورید. از آنجا که در رابطه بالا فاصله شیارهای توری تغییر نمی‌کند، فقط طول موج می‌تواند تغییر کرده باشد. طول موج جدید را بدست آورید.
  • ضریب شکست مایع برابر است با طول موج نور در هوا تقسیم بر طول موج نور در مایع. آن را بدست آورید.

 

کاربرد:

  • اندازه‌گیری تغییرات در ضریب شکست مایعات

 

سؤال، پیشنهاد و نکته:

  • فکر می‌کنید دقت اندازه‌گیری تغییر در ضریب شکست به چه عواملی بستگی دارد؟
  • چطور می‌توان دقت را افزایش داد؟
  • اگر مایع، تغییر تدریجی ضریب شکست داشته باشد، می‌توانید این تغییرات را ثبت کنید.
  • از این پدیده در کوپل کردن نور در موجبر استفاده می‌شود. می‌توانید در مورد آن تحقیق کنید.

 

آزمایش‌های مرتبط:

 

بیشتر بدانید:

ارتباط با بخش

از متخصص نور بپرس

در این بخش می توانید سؤالات خود را در رابطه با نور و لیزر بپرسید تا متخصصین به آن‌ها پاسخ دهند

لینک ارتباط مستقیم با