Petr Šafařík 21,5. 99,1kPa 61% Astrofyzika Druhý Třetí

Podobné dokumenty
2. Vyhodnoťte získané tloušťky a diskutujte, zda je vrstva v rámci chyby nepřímého měření na obou místech stejně silná.

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. F3240 Fyzikální praktikum 2

Tabulka I Měření tloušťky tenké vrstvy

Laboratorní práce č.9 Úloha č. 8. Závislost indexu lomu skla na vlnové délce světla Měření indexu lomu refraktometrem:

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Podpora rozvoje praktické výchovy ve fyzice a chemii

Fyzika II. Marek Procházka Vlnová optika II

Vlnové vlastnosti světla. Člověk a příroda Fyzika

5.1.3 Lom světla. vzduch n 1 v 1. n 2. v 2. Předpoklady: 5101, 5102

Zadání. Pracovní úkol. Pomůcky

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

Praktikum školních pokusů 2

Úloha 3: Mřížkový spektrometr

5.3.3 Interference na tenké vrstvě

VLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.III. Název: Mřížkový spektrometr

Fyzikální praktikum Závislost indexu lomu skla na vlnové délce. Refraktometr

Úloha 5. Měření indexu lomu refraktometrem, mikroskopem a interferometrem

27. Vlnové vlastnosti světla

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Polarizace světla. Fyzikální sekce přirodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně. T = p =

Youngův dvouštěrbinový experiment

Jak vyrobit monochromatické Slunce

Podle studijních textů k úloze [1] se divergence laserového svaku definuje jako

Interference na tenké vrstvě

n(ω) = ε r (ω)µ r (ω). látky, atd. V rámci praktika budou použity 2 metody, a sice měření indexu lomu kapalin

Učební text k přednášce UFY008

5.3.5 Ohyb světla na překážkách

Fyzika 2 - rámcové příklady vlnová optika, úvod do kvantové fyziky

Elektromagnetické vlnění

Řešení: Nejdříve musíme určit sílu, kterou působí kladka proti směru pohybu padajícího vědra a napíná tak lano. Moment síly otáčení kladky je:

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

Úkoly. 1 Teoretický úvod. 1.1 Mikroskop

PRAKTIKUM IV Jaderná a subjaderná fyzika

Refraktometrie, interferometrie, polarimetrie, nefelometrie, turbidimetrie

Rovinná monochromatická vlna v homogenním, neabsorbujícím, jednoosém anizotropním prostředí

Cvičení Kmity, vlny, optika Část interference, difrakce, fotometrie

5.3.6 Ohyb na mřížce. Předpoklady: 5305

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

Laboratorní práce č. 3: Měření vlnové délky světla

Praktikum III - Optika

Ústav fyziky kondenzovaných látek Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita, Brno. návody k úlohám. kolektiv autorů

1. Z přiložených objektivů vyberte dva, použijte je jako lupy a změřte jejich zvětšení a zorná pole přímou metodou.

Příklad 3 (25 bodů) Jakou rychlost musí mít difrakčním úhlu 120? -částice, abychom pozorovali difrakční maximum od rovin d hkl = 0,82 Å na

Digitální učební materiál

Neživá příroda I. Optické vlastnosti minerálů

= + = + = 105,3 137, ,3 137,8 cos37 46' m 84,5m Spojovací chodba bude dlouhá 84,5 m. 2 (úhel, který spolu svírají síly obou holčiček).

POČÍTAČOVÁ SIMULACE VLIVU CHYB PENTAGONÁLNÍHO HRANOLU NA PŘESNOST MĚŘENÍ V GEODÉZII. A.Mikš 1, V.Obr 2

OPTIKA Světelné jevy TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Maticová optika. Lenka Přibylová. 24. října 2010

Měření závislosti indexu lomu kapalin na vlnové délce

L a b o r a t o r n í c v i č e n í z f y z i k y

1. Ze zadané hustoty krystalu fluoridu lithného určete vzdálenost d hlavních atomových rovin.

plochy oddělí. Dále určete vzdálenost d mezi místem jeho dopadu na

VÝUKOVÝ SOFTWARE PRO ANALÝZU A VIZUALIZACI INTERFERENČNÍCH JEVŮ

Modelové úlohy přijímacího testu z matematiky

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

VZÁJEMNÁ POLOHA DVOU PŘÍMEK V ROVINĚ

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Příklady použití tenkých vrstev Jaromír Křepelka

Měření vlnové délky spektrálních čar rtuťové výbojky pomocí optické mřížky

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Vlnové vlastnosti světla difrakce, laser

Modelové úlohy přijímacího testu z matematiky

Ústav fyzikálního inženýrství Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně GEOMETRICKÁ OPTIKA. Přednáška 4

Akustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou

A[a 1 ; a 2 ; a 3 ] souřadnice bodu A v kartézské soustavě souřadnic O xyz

Úloha 10: Interference a ohyb světla


(1 + v ) (5 bodů) Pozor! Je nutné si uvědomit, že v a f mají opačný směr! Síla působí proti pohybu.

Interferenční mikroskopie

Úloha 21: Studium rentgenových spekter

3. Souřadnicové výpočty

I Mechanika a molekulová fyzika

Měření ohniskových vzdáleností čoček, optické soustavy

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne. Marek Teuchner Příprava Opravy Učitel Hodnocení. 1 c p. = (ε r

Optika pro mikroskopii materiálů I

Fyzikální praktikum III

7 Hallůvjevvkovuapolovodiči

3.2.5 Odraz, lom a ohyb vlnění

Seznam součástek. A. Seznam prvků soupravy GON. Rozměry (cm) nebo Poloměry* (cm) Značka Název prvku

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Studium ohybových jevů v laserovém svazku

8 b) POLARIMETRIE. nepolarizovaná vlna

Mikroskopické metody Přednáška č. 3. Základy mikroskopie. Kontrast ve světelném mikroskopu

Mateřská škola a Základní škola při dětské léčebně, Křetín 12

Akustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou

Vedlejší a vrcholové úhly

GEOMETRICKÁ OPTIKA. Znáš pojmy A. 1. Znázorni chod význačných paprsků pro spojku. Čočku popiš a uveď pro ni znaménkovou konvenci.

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Filip Hroch. Astronomické pozorování. Filip Hroch. Výpočet polohy planety. Drahové elementy. Soustava souřadnic. Pohyb po elipse

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Úloha č.: XVII Název: Zeemanův jev Vypracoval: Michal Bareš dne Posuzoval:... dne... výsledek klasifikace...

5.1.3 Lom světla I. Předpoklady: 5101, Pomůcky: Miska, voda, pětikoruna, akvárium, troška mléka,

MĚŘENÍ VLNOVÝCH DÉLEK SVĚTLA MŘÍŽKOVÝM SPEKTROMETREM

Vlnové vlastnosti světla

Praktikum III - Optika

1 Funkce dvou a tří proměnných

Transkript:

1 Petr Šafařík Astrofyzika Druhý Třetí 1,5 11 99,1kPa 61%

Fyzikální praktika 11 Měření tloušt ky tenkých vrstev Tolanského metodou Průchod světla planparalelní deskou a hranolem Petr Šafařík 0. listopadu 006 Obsah 1 Zadání 3 Teorie 3.1 Měření tloušt ky tenkých vrstev Tolanského metodou..... 3. Průchod světla planparalelní deskou a hranolem........ 4 3 Měření 5 3.1 Měření tloušt ky tenkých vrstev Tolanského metodou..... 5 3.1.1 Naklon jedna....................... 5 3.1. Naklon dva........................ 6 3.1.3 Naklon tři......................... 7 3. Průchod světla planparalelní deskou............... 7 3.3 Průchod světla hranolem..................... 8 4 Závěr 10 5 Poznámky 10 5.1 Vzorce pro výpočet chyby.................... 10 5.1.1 Výpočet absolutní chyby................. 10 5.1. Výpočet relativní chyby................. 10 5.1.3 Zákon šíření chyb..................... 11

1 ZADÁNÍ 3 1 Zadání V zorném poli mikroskopu nastavte 10-15 interferenčních proužků. Na různých částech vzorku proměřte opakovaně interferenční obrazec. Stanovte hodnotu tloušt ky vrstvy Určete závislost posuvu x vystupujícího paprsku z desky na úhlu α 10 dvojic x a α? Určete index lomu desky, tloušt ku desky d Teorie.1 Měření tloušt ky tenkých vrstev Tolanského metodou Metoda je založena na vícepaprskové interferenci světla na vzduchové mezeře vytvořené mezi měřeným vzorkem a polopropustným zrcadlem. Mezi vzorek a polopropustné zrcadlo se vytvoří vzduchová klínová mezera s malým úhlem klínu. Celý tento systém se osvětlí monochromatickým světlem, s vlnovou délkou λ. V důsledku interference na vzduchové mezeře se v zorném poli mikroskopu, za předpokladu, že by v měřené vrstvě nebyl vryp, objeví systém rovnoběžných tmavých proužků v těch místech, kde je splněna podmínka minima interference. Tedy d = Kλ (d + d) = (K + 1)λ kde K je interferenční řád. Z rovnic dostaneme: d = λ S vrypem ve vzorku budou rovnice vypadat: (d + d) = (K + 1)λ (d + ε + t) = (K + 1)λ kde t je tloušt ka vrstvy, kterou máme stanovit. Dále plyne:

TEORIE 4 t = d ε a z podobností trojúhelníků vyplývá: ε = d x x 1 x ε = d x x 1 x t = x 1 λ x. Průchod světla planparalelní deskou a hranolem Při průchodu světla planparalelní deskou dochází k dvojitému lomu světla. Proto je vystupující paprsek posunut od směru vystupujícího paprsku. Přičemž při průchodu bílého světla se světlo rozloží na spektrum, protože každá vlnová délka má jiný úhel lomu. Obě rozhraní na planparalelní desce jsou rovnoběžné. Z výše uvedeného plyne: α 1 = α = α a také β 1 = β = β Pro lom světla na prvním rozhraní platí a pro druhé rozhraní: Dráha paprsku je tedy: n 0 sin α = n sin β n sin α = n 0 sin β Odchylka paprsku je AB = d cos β x = BC = AB sin (α β) úpravou předešlých vztahů a za předpokladu, že α 0 n = n 0 sin α + ( 1 x ) cos α d sin α Při průchodu světla hranolem dochází k dvojitému lomu. Proto je vystupující paprsek posunut od směru vstupujícího paprsku. Přičemž při

3 MĚŘENÍ 5 průchodu bílého světla se světlo rozloží na spektrum, protože každá vlnová délka má jiný úhel lomu. Pro lom světla na prvním rozhraní platí: a při druhém: n 0 sin α = n sin β 1 n sin β = n 0 sin α Deviace δ je vnější úhel ADB δ = (α β 1 ) + (α β ) a vnější úhel ω pak bude: deviace δ pak je: ω = β 1 + β δ = α + α ω ( ) n δ = α ω + arcsin sin ω sin α cos ω sin α n 0 3 Měření 3.1 Měření tloušt ky tenkých vrstev Tolanského metodou 3.1.1 Naklon jedna Tabulka # x 1 x 1 1,35,31 1,4,36 3 1,39,37 4 1,37,36 5 1,39,34 6 1,31,38 7 1,3,3 8 1,35,33 9 1,38,35 Průměry x 1 = 1, 36 x =, 35

3 MĚŘENÍ 6 Vzdálenost x 1 se rovná x 1 = (1, 36 ± 0, 01) dílků s relativní chybou 0,7%. Vzdálenost x se rovná x = (, 35 ± 0, 007) dílků s relativní chybou 0,3%. Chyba t = x 1 λ x 1, 36 =, 35 589 ) ( ) ( λ δ t = (δx 1 ) x1 λ + (δx ) = x x = 101, 6nm 4, 758 + 0, 681 =, 33 Výška t se rovná t = (101, 6 ± ) nm s relativní chybou 1,9%. 3.1. Naklon dva Tabulka # x 1 x 1 0,56 1,7 0,5 1,83 3 0,53 1,75 4 0,59 1,9 5 0,45 1,8 6 0,53 1,86 7 0,65 1,99 Průměry x 1 = 0, 54714 x = 1, 83857 Vzdálenost x 1 se rovná x 1 = (0, 55 ± 0, 0) dílků s relativní chybou 3,6%. Vzdálenost x se rovná x = (1, 84 ± 0, 04) dílků s relativní chybou,1%. Chyba t = x 1 λ x 0, 55 = 1, 84 589 ) ( ) ( λ δ t = (δx 1 ) x1 λ + (δx ) = x x = 117, nm 114, 68 + 1, 1 = 11, 5 Výška t se rovná t = (117, ± 11) nm s relativní chybou 9,4%.

3 MĚŘENÍ 7 3.1.3 Naklon tři Tabulka # x 1 x 1 1,65 4,0 1,5 4,1 3 1,58 3,98 4 1,5 3,9 5 1,6 4,06 6 1,49 4,0 7 1,48 4,13 8 1,5 4,01 9 1,66 4,08 Průměry x 1 = 1, 55556 x = 4, 03556 Vzdálenost x 1 se rovná x 1 = (1, 55 ± 0, 07) dílků s relativní chybou 4,5%. Vzdálenost x se rovná x = (4, 04 ± 0, 07) dílků s relativní chybou 1,7%. t = x 1 λ x 0, 55 = 1, 84 589 Chyba ) ( ) ( λ δ t = (δx 1 ) x1 λ + (δx ) = x x = 11, 9nm 176, 9 + 1, 6 = 13, 36 Výška t se rovná t = (113 ± 13) nm s relativní chybou 11,8%. 3. Průchod světla planparalelní deskou Tloušt ka planparalelní desky je: d d = 0, 15 Index lomu vzduchu je: n 0 = 1 # α x n 1 5 0,63 1,556 10 1,3 1,58 3 15 1,87 1,58 4 0,51 1,517 5 5 3,3 1,50 6 30 3,97 1,514 7 35 4,81 1,516 8 40 5,73 1,517 9 45 6,73 1,515 10 50 7,8 1,511 n = 1, 5

3 MĚŘENÍ 8 Hodnota n byla počítána podle vzorce: n = n 0 sin cos α + α ( ) 1 x d d sin α scriptem v SciLab-u Index lomu n se rovná n = (1, 5 ± 0, 004) nm s relativní chybou 0,3%. 9 8 Zmerené hodnoty Hodnoty pro n=1,533 7 Velikost posunutí paprsku 6 5 4 3 1 0 -- 5 10 15 0 5 30 35 40 45 50 -- Úhel dopadu na planparalelní desku Obrázek 1: Závislost posunutí paprsku na úhlu dopadu na planparalelní desku 3.3 Průchod světla hranolem α 0 = 37 δ 0 = 91 ω = 60

3 MĚŘENÍ 9 # α 1 α δ 1 δ 1 0 38 48 51 1 4 4 47 3 0 46 38 46 4 5 50 37 47 5 8 55 39 47 6 30 59 41 50 7 5 63 37 51 8 8 67 39 53 9 30 71 41 58 Úhel dopadu: α = α 0 α 1 Deviace: δ = δ 0 δ 1 Hodnota δ byla počítána scriptem v SciLab-u 58 8' 53 37' 51 5' 51 ' 50 ' 47 5' 47 10' 46 5' 38 41' 4 41' 46 41' 50 41' 55 41' 59 41' 63 41' 67 41' 71 41' Minumum deviace δ min = 46 Obrázek : Polynomická regrese

4 ZÁVĚR 10 4 Závěr Výška t se rovná t = (110 ± 9) nm s relativní chybou 8,%. Index lomu planparalelní desky n se rovná n = (1, 5 ± 0, 004) nm s relativní chybou 0,3%. Minumum deviace hranolu byla δ min = 168. Diskuse Měl jsem měřit několik úkolů. Prvním bylo změření tloušt ky vrstvy Tolanského metodou. Zde jsem provedl celkem tři měření, přičemž výsledky jsou shrnuty výše. První měření vyšlo nadmíru přesně, což mohlo být způsobeno nějakou chybou (která paradoxně měření zpřesnila). Dále jsem určil index lomu planparalelní desky a minimum deviace u určeného hranolu. Hodně jsem využíval programy Origin 7.0 pro určování chyb a vykreslování grafů a scripty v programu SciLab (www.scilab.org) pro složitější a komplexnější výpočty. 5 Poznámky 5.1 Vzorce pro výpočet chyby 5.1.1 Výpočet absolutní chyby Absolutní chyba bude výsledkem tohoto vzorce: 5.1. Výpočet relativní chyby δx = i x n (n 1) Relativní chyba se získá jako poměr absolutní chyby a absolutní hodnoty x: δ r x = δx x 100% Výpočty střední kvadratické chyby (nikoli zákona šíření chyb) bylo provedeno pomocí programu Origin.

5 POZNÁMKY 11 5.1.3 Zákon šíření chyb Zákon šíření chyb pro hodnotu x s proměnnými a, b: [ ( ) ] δ x = f(x) (δa) + a [ ( ) ] f(x) (δb) b