Přírodovědecké fakulta Masarykovy univerzity v Brně Předmět: Jméno: Praktikum z astronomie Andrea Dobešová Obor: Astrofyzika ročník: II. semestr: IV. Název úlohy Úloha č. 1: CD spektroskopie Úvod: Koho by nezaujal pohled na povrch CD nebo DVD lesknoucí se duhovými barvami. Tento jev je způsoben rozkladem světla na mikroskopických jamkách vypálených do povrchu nosiče a uspořádaných do spirály vinoucí se od středu až k okraji. Tato spirála je tak těsná, že její části můžeme prakticky považovat za soustředné kružnice. Takto uspořádaná struktura se chová jako difrakční mřížka. Této vlastnosti CD využijeme při konstrukci vlastního jednoduchého spektroskopu. Zpracování: Nejprve pořídíme fotografii spektra kompaktní zářivky. Už na první pohled jsou zde vidět výrazné spektrální čáry. Průběh spektra si můžeme zobrazit taktéž v podobě grafu, pokud provedeme řez fotografií podél svislé osy, který vede zhruba středem spektra. Pro snížení šumu zprůměrujeme hodnoty z několika pixelů odpovídajících dané vlnové délce. Výsledkem je následující graf. 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 pixely Nyní bychom rádi zjistili průběh spektra v závislosti na vlnové délce. K tomu využijeme několik čar ve spektru, u nichž známe vlnové délky. V našem spektru nalezneme tyto čáry a zapíšeme jejich polohu v pixelech.
intenzita y [pix] λ [nm] 1518,85 437 1719,96 488 1913,42 542 1933,18 547 2046 588 2114 612 2163,36 631 Tyto hodnoty následně vyneseme do grafu a proložíme přímkou. Rovnice této přímky nám potom udá převodní vztah mezi polohou v pixelech a vlnovou délkou. Spektrum okalibrované na vlnovou délku potom vypadá následovně: 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 λ [nm]
Vzdálenost mezi drážkami CD: ( ) h α Spektra světelných zdrojů: L Dalším úkolem je nafotit spektra několika světelných zdrojů. Oranžová sodíková pouliční lampa U sodíkové výbojky dochází ke tvorbě světla elektrickým výbojem v prostředí s parami sodíku, dále jsou uvnitř zářivky přítomny inertní plyny jako argon a xenon a páry rtuti. Spektrum výbojky je čárové emisní. Modré a zelené proužky jsou emisní čáry rtuti, červené a oranžové pásy patří sodíku. Stropní zářivka U zářivky na spojitém pozadí vidíme několik emisních čar. Světlo zde vzniká výbojem v parách rtuti, převážná část energie je vyzářena v oblasti UV záření, aby byla tato energie využita, je vnitřní část výbojové trubice pokryta luminoforem, který je buzen právě UV zářením a vydává světlo ve viditelné oblasti. Intenzivní modrá čára na vlnové délce 435 nm pochází z par rtuti.
Žárovka Žárovka září díky tomu, že je její vlákno zahřáté na vysokou teplotu, její spektrum je tedy spojité. Úsporná žárovka Světlo zde vzniká obdobným principem jako u zářivky. Jedná se opět o rtuťovou výbojku, v níž je hlavní část světla vyzařována vrstvou luminoforu buzeného ultrafialovým zářením výboje. Spektrum je emisní čárové, vzniká při přeskocích elektronů mezi jednotlivými energetickými hladinami. Slunce Sluneční spektrum je spojité, navíc se v něm vyskytují absorpční čáry např. vodíku, sodíku, vápníku, železa a mnoha dalších. Některé čáry se ve spektru objeví až po průchodu zemskou atmosférou (např. čáry kyslíku).
CRT televizor Zde je obraz tvořen pomocí tří svazků urychlených elektronů (jeden pro každou barvu RGB), které dopadají na stínítko pokryté luminoforem (pro červenou, modrou, zelenou), který vytváří viditelné záření. Z obrázku je vidět, že spektrum je spojité, ale ukazují se zde oblasti s vyšší intenzitou odpovídající modré, zelené a červené barvě (v souladu se způsobem vzniku spektra), přičemž červený pík je nejvýraznější. LCD monitor s LED podsvícením LCD displeje fungují na bázi tekutých krystalů vložených mezi dva na sebe kolmé polarizační filtry. Tyto molekuly dokáží stočit rovinu procházejícího světla o 90 a umožnit tedy průchod světla i druhým filtrem, v závislosti na tom, zda je na pixel přivedeno napětí či ne. Každý pixel je složen ze tří subpixelů s filtry pro červené, modré a zelené světlo. Světlo je zajištěno podsvícením LED diodami. Je opět vidět, že spektrum je spojité, přesto jsou zde opět vidět jasnější oblasti modré, červené, zelené, přičemž modrá se zdá být nejjasnější.