Syftet med den här laborationen är att visa att det inte behövs dyra apparater för att göra experiment i atomfysik. Man lär sig också något om spektrometrar, om synliga spektra och om ljuskällor. Kvalitativa undersökningar är lättast, men det finns även några kvantitativa moment.
| En daggdroppe, en diamant eller slipad kristall är det enklaste sättet att se färgerna av ljusets olika våglängder. Vid spektra tänker därför de flesta vid spektroskopi först på prismor. Och visst finns det små fickspektroskop med prismer. Separationen i olika färjer beror då på våglängdsberoendet av materialets brytningsindex. Vid normal dispersion är brytningsindex störst för korta våglängder. |
|
 | Vattenprismor är de enklaste prismor som man kan sätta ihop själv. Man kan göra ett prisma med en liten spegel i en skål vatten. Eftersom dispersionen är liten, är det viktigt att avståndet till skärmen är mycket större än spegelns storlek. |
Diffraktionsgitter är gallerliknande anordningar av parallella linjer. Deras dispersion är större för längre våglängder än för korta (annars än vid prismor). Den beror på gitteravståndet, och kan alltså bli mycket större än vid prismor. Dessutom är dispersion linjär. Man brukade ritsa dem. Nu tillverkas de ofta holografiskt eller som avtryck, replika. Allt detta kan man läsa om i Diffraction Grating Handbook.
Med gitter kan man bestämma våglängder kvantitativt. Om man har en laserpekare går det att bestämma våglängden med enbart en linjal. Förutom ritsar på en linjal, har man säkert fler diffraktionsgitter hemma. Ibland kan man se diffraktionsmönster genom tyg, t ex om man genom en paraply tittar mot gatulyktor. Man kan även använda fågelfjädrar som transmissionsgitter.
Men det bästa gittret som alla har lätt tillgång till är CD-skivan. Spåren har ett inbördes avstånd på 1,6 µm. De bilder en spiral och är därmed inte gallerliknande, men lokalt kan de betraktas som parallella ritsar. Jag har gjort ett översikt över de spektroskopdesign som finns nätet som använder CD som gitter.
Om man vill köpa något bra och billigt, är Project StarLab spectrometern ett utmärkt val (skissen är inte helt rätt - någon lins finns inte). Den finns att köpa i plast och som byggpaket i kartong. Ett alternativ. (några spektra)
Om det dispersiva elementet nu är ett prisma eller ett gitter, är syftet att olika våglängder ska spridas i olika vinklar. Det är inget problem vid punktkällor som stjärnor eller avlägsna gatulyktor. Men om man kommer närmare, får ljuset olika infallsvinklar på gittret, och då blir det också en fördelning i diffraktionsvinklar. Därför behövs det en ingångsspalt.
Man kan förstås skära något i kartong eller i plast. Det blir bättre om man gör en spalt av knivkanter, t ex rakblad, som t ex här. Spaltbredden är alltid en kompromiss mellan intensitet och upplösning. Det kan vara en bra idé att kunna byta spalt eller att ha en justerbar spalt. Spaltet ska inte vara närmare ögat än att man kan fokussera på det.
I en spektroskop behövs det ingen lins. Ogat fokusserar spektrum på näthinnan. Men rikta aldrig spalten mot solen eller mot en laser. Ha t ex ett vitt papper emellan eller rikta spalten mot ett moln. Fraunhofer, regnband
Om man vill projektera spektrum behövs det alltså en lins (eller konkav spegel) för att fokussera det. Som till exempel i overhead projektorn. Och här ett imponerande solspektrum.
Jag strukturerar inte denna laboration. Ni får forska fritt. Det är viktigt att föra ett anteckningsbok. Det ska lämnas i tillsammans med en rapport om resulaten. Det finns många saker att välja på: