Cách tử nhiễu xạ tự chế

17

Cách tử nhiễu xạ tự chế

Cách tử nhiễu xạ lần đầu tiên được sử dụng để nghiên cứu quang phổ vào năm 1821 bởi nhà vật lý người Đức Fraunhofer. Cách tử của ông, được làm bằng cách quấn những sợi dây tốt nhất vào hai sợi dây song song, chỉ chứa một vài bảng dây trên mỗi milimét chiều dài cách tử. (Lưu ý rằng các tấm lưới hiện đại tốt, là sản phẩm của một tấm có các đường mờ đục được áp dụng cho chúng, có tới vài nghìn đường trên 1 mm.)

Cố gắng tạo ra một cách tử nhiễu xạ đơn giản. Ở nhà, điều này có thể được thực hiện, chẳng hạn như bằng nhiếp ảnh.

Để làm điều này, bạn cần vẽ một hệ thống các sọc song song có cùng chiều rộng trên tờ giấy bằng bút áp phích. Khoảng cách giữa các sọc có thể được chọn bằng chiều rộng của chúng. Sau khi chụp ảnh và rửa ảnh trên âm bản, bạn sẽ có được một hệ thống các sọc sáng và tối, tức là sự xen kẽ của các không gian rõ ràng và mờ đục với ánh sáng. Sau khi tăng cường âm thu được trong các khung cho diapasite, công việc chế tạo cách tử nhiễu xạ có thể được coi là đã hoàn thành.

Chụp ảnh tốt nhất được thực hiện dưới ánh sáng mặt trời tốt hoặc ngược sáng bằng đèn huỳnh quang.

Từ một mẫu, bạn có thể thu được các cách tử nhiễu xạ với các chu kỳ khác nhau nếu bạn chụp nó từ những khoảng cách khác nhau. Ví dụ: đặt chiều rộng $A$ của sọc sáng và chiều rộng $B$ của sọc tối trên mẫu bằng nhau và bằng 3 mm; chúng tôi muốn thu được cách tử có hằng số $d = a + b = 0,05$ mm ($a = b = 0,025$ mm), khoảng cách hình dạng của đối tượng máy ảnh là $F = 50$ mm. Khi đó có thể tìm thấy khoảng cách $s$ đến mẫu từ biểu thức

$$\frac{s}{F} = \frac{A}{a},$$

Ở đâu

$$s = F \frac{A}{a} = 6 \text{ м.}$$

Cách tử thu được sau khi phát triển sẽ chứa một milimet

$$n = \frac{1}{d} = \frac{1}{0,05} = 20 \text{ штрихов},$$

nghĩa là, ví dụ này giống như trong mạng Fraunhofer đầu tiên.

Mục đích chính của cách tử nhiễu xạ như một thiết bị quang phổ là xác định bước sóng ánh sáng. Từ điều kiện

$$d \sin \varphi = k\lambda$$

cực đại chính của mẫu nhiễu xạ thu được bằng cách sử dụng cách tử, theo đó hằng số cách tử $d$ càng thấp thì góc tại đó cực đại tương ứng với bước sóng $\lambda$ sẽ được quan sát trong phổ theo thứ tự $k$ càng lớn.

Điều này có nghĩa là khi hằng số cách tử giảm (với số lượng chân trên mỗi đơn vị chiều dài tăng lên), khả năng phân tách các vạch quang phổ có khoảng cách gần nhau sẽ tăng lên (như người ta nói, độ phân tán cách tử tăng lên)*). Ngoài ra, khi tổng số stiriki tăng lên, nhiều ánh sáng đi vào cực đại chính hơn và chúng ngày càng sáng hơn.

Về vấn đề này, người ta mong muốn tạo ra một mạng có khả năng lớn hơn

18

tổng số nét $N$ và hằng số mạng có thể nhỏ hơn $d$.

Việc thực hiện yêu cầu đầu tiên được xác định chủ yếu bởi sự kiên nhẫn và chính xác. Bạn cần vẽ các mẫu trên hai hoặc ba tờ giấy whatman rồi dán chúng thành một mẫu lớn để chụp ảnh (hoặc lấy một tờ giấy whatman và giảm chiều rộng của các sọc sáng và tối xuống còn một milimet).

Yêu cầu thứ hai bị giới hạn bởi độ phân giải của nhũ tương ảnh do cấu trúc dạng hạt của nó. Phim ảnh có giá trị màu 130-250 đơn vị GOST có độ phân giải không quá 75-70 dòng trên milimet; khi giá trị màu giảm xuống 32 đơn vị GOST, độ phân giải tăng lên 115 dòng trên milimet.

Khoảng thời gian $d$ của cách tử nhiễu xạ thu được có thể được xác định bằng cách thay đổi kích thước $C$ của hình ảnh listavatman trên âm bản và chia cho số $N$ của các đường màu đen được vẽ trên bản vẽ trước khi chụp ảnh:

$$d = \frac{C}{N}.$$

Sau khi thực hiện cách tử, bạn có thể bắt đầu thử nghiệm. Ở một đầu của thước gỗ dài 40-50 cm, gắn một lưới nhiễu xạ, và ở đầu kia, một thước giấy milimet tự chế được dán vào một dải bìa cứng có rãnh. Đặt lưới sao cho các đường thẳng song song với khe và hướng ánh sáng từ đèn sợi đốt vào khe. Bằng cách đặt lưới kính, thay đổi vị trí của màn hình và

Các Lạt ma đạt được điều kiện tốt nhất để quan sát quang phổ.

Đường đi của tia sáng khi quan sát phổ bằng cách tử nhiễu xạ được thể hiện trên hình.

Sử dụng cách tử nhiễu xạ tự chế, bạn có thể ước tính ranh giới cường độ màu quang phổ của mắt. Để làm điều này, bạn cần xác định bước sóng của ánh sáng đỏ ở một đầu của quang phổ quan sát được và bước sóng của ánh sáng tím ở đầu kia của quang phổ. Nếu biết chu kỳ cách tử $d$ và bậc của phổ $k$, việc xác định bước sóng $\lambda$ biểu thị sự thay đổi góc $\varphi$ giữa pháp tuyến với mặt phẳng cách tử và hướng đến vị trí cực đại tương ứng với ảnh của ảnh màn hình và

$$d \sin \varphi = k \lambda,$$

$$\lambda = \frac{d}{k} \sin \varphi.$$

Quan sát khe trên màn qua cách tử nhiễu xạ, tìm vị trí của các cạnh đỏ và tím của quang phổ bậc 1. Hai bên khe không có khoảng cách $l_{кр}$ và $l_{\varphi}$ (xem hình) và tìm giá trị trung bình của chúng. Sau khi đo khoảng cách $s$ từ rãnh đến cách tử, hãy tìm các tiếp tuyến của các góc $\varphi_{кр}$ và $\varphi_{\varphi}$ (tg $\varphi = l s$) và từ chúng các sin của các góc tương ứng. Biết chu kỳ cách tử, xác định bước sóng của tia đỏ và tia tím trong phổ bậc 1.

Thực hiện các thay đổi và tính toán tương tự cho phổ bậc 2.