مقدمه
توری از مجموعه شکافهای مستطیل شکل هم اندازه و هم فاصله تشکیل یافته است. اگر یک صفحه شیشه‌ای انتخاب کنیم و روی آن را با
الماس خطوطی به موازات هم و به فاصله یکسان از هم رسم کنیم، حداقل در عرض یک سانتیمتر 10000 شکاف رسم کنیم، در اینصورت یک توری با 10000 شکاف خواهیم داشت. جاهایی را که الماس کشیده شده، مات هستند و فاصله بین خطوط شفاف است. هر کدام از این شکافها پراش مربوط به خود را انجام می‌دهد. پراش در هر شکاف از طریق عبور در شیشه بوجود می‌آید. چون نور را مجبور کرده‌ایم که از تنگنا عبور کند، نور فشرده شده و وقتی خارج می‌شود، نور پخش می‌شود.
در بیشینه‌های (ماکزیممهای) طرح تداخلی حاصل از پراکندگی نور در توری ، شدت متناسب است با مجذور تعداد شکافها در توری ، یعنی افزایش تعداد شکافها سبب افزایش شدت ماکزیممهای اصلی خواهد شد و به این طریق می‌توان شدت ماکزیممهای فرعی را کاهش داد. ماکزیممهای فرعی به عنوان پارازیت در سیستم (رؤیت ماکزیمم اصلی) می‌باشد. توری رفتارش برای طول موجهای مختلف ، حتی نزدیک بهم نیز یکسان نیست. لذا توری یک شبکه یا
تجزیه گر نوری است، که از طریق پراش اینکار را انجام می‌دهد. در تجزیه گر نوری ماکزیمم تمام نورها بر روی هم می‌افتد.
وسایل مورد نیاز
منبع لیزر -
اسپکترومتر - لامپ تخلیه سدیم - توری تخت از انواع عبوری
تئوری آزمایش
اگر فاصله دو شکاف متوالی بر روی توری را با a نشان دهیم، تعداد شکافها در واحد طول
n = 1/a است. فرض کنید یک دسته پرتو موازی با طول موج λ تحت زاویه I روی یک توری فرود آیند. اختلاف راه نوری دو پرتوی که تحت زاویه α از دو شکاف متوالی پراش پیدا می‌کند برابر است با:
σ = a(sini - sinα
این رابطه برای حالتی که α منفی است، نیز برقرار است. اکنون اگر پرتوهای پراش یافته را در صفحه کانونی عدسی شیئی دوربین جمع کنیم، هر بار که این اختلاف راه نوری مضرب درستی از
طول موج باشد، در آنجا
شدت نور بیشینه است:
Sini - sinα = kλ/a = knλ
روش آزمایش
برای تنظیم اسپکترومتر ، عدسی چشمی دوربین را طوری تنظیم کنید که تصویر خطوط متقاطع بخوبی دیده شود. دوربین را برای نور موازی میزان کنید (آنرا متوجه جسم دور نمایید و تصویر آنرا واضح ببینید) در این حالت نباید بین خطوط متقاطع که از داخل چشمی دیده می‌شود و تصویری که از داخل دوربین دیده می‌شود، پارالکس وجود داشته باشد. منبع را نزدیک شکاف کلیماتور (موازی ساز) قرار داده و پس از قرار دادن دوربین در امتداد لوله کلیماتور تصویر دقیق شکاف را در آن ببینید و یقین حاصل کنید که بین تصویر شکاف کلیماتور و خطوط متقاطع چشمی پارالکس وجود ندارد.
سپس توری را بگونه‌ای روی میزچه اسپکترومتر قرار دهید که با خط واصل دو پیچ تنظیم موازی باشد. میزچه را چرخانده تا سطح نوری تقریبا بر کلیماتور عمود باشد، حال دوربین را در موقعیتی قرار دهید که بتوان پراش حاصل از عبور نور از توری را دید. وقتی از نور سدیم استفاده می‌شود و تصویر نزدیک بهم شکاف دیده خواهد شد. با دوران دوربین بیناب مرتبه اول گاز لامپ مورد نظر را مشاهده نمایید. حال اگر دوربین را بیشتر دوران دهید، بینابهای دیگری نیز دیده خواهند شد. به ترتیب برای آنها ... , k = 1 , 2 , 3 جدایی خطوط بیناب مرتبه سوم (k=3) از جدایی خطوط بیناب مرتبه دوم (k=2) بیشتر است و جدایی خطط بیناب مرتبه دوم به نوبه خود از مرتبه اول (k=1) بیشتر می‌باشد.
برای اندازه گیری طول موج خطوط لامپ تخلیه مورد نظر ، موقعیت دوربین را وقتی رتیکول آن بر یکی از خطوط بیناب لامپ منطبق است. در هر دو بیناب با مرتبه‌های k± اندازه گیری کنید و از آنجا دو برابر انحراف (2α) را بدست آورید. همین آزمایش را برای خطوط مختلف یک بیناب و برای بینابهای مختلف گاز انجام داده و از رابطه:
sinα = |k|nλ طول موج خط مورد نظر بدست می‌آید.
توان جداسازی توری
توان جداسازی توریها از رابطه
R = KN بدست می‌آید، که در آن N تعداد کل شکافهای توری است.
توان جداسازی توری را در هر مرتبه بیناب بدست آورید. حال همین آزمایش را با استفاده از منبع لیزر انجام دهید.
منبع لیزر را روشن کرده و یکی از شبکه‌ها را در سر راه شعاع لیزر قرار داده و لکه‌های حاصل را روی پرده یا دیوار بیندازید، لکه مرکزی بزرگ و روشنتر بوده و رفته رفته شدت در طرفین کم خواهد شد. با اندازه گیری فاصله پرده یا دیوار از توری (l) و فاصله نوارهای روشن از وار مرکزی (d) و با استفاده از فرمول
sinα=|k|nλ و
Tgα = d/l طول موج نور لیزر را محاسبه کنید. (در این حالت k=1 می‌باشد.)
نتایج آزمایش
- میزان شکست نور به طول موج نور تابشی بستگی دارد، از این خاصیت در تجزیه نور سفید بوسیله توریها استفاده می‌شود.
- میزان شکست نور به زاویه تابشی وابسته است. برای تداخل سازنده تنظیم مناسبی لازم است.
- به کمک این آزمایش می‌توان ضریب شکست توری را بدست آورد.
- از این پدیده جهت تولید چشمه‌های نوری تک فام (تک رنگ) نیز استفاده می‌شود.
- در برسی طیف نمایی و اسپکتروسکوپی بلورها این آزمایش کاربرد ویژه‌ای می‌یابد.
پرسش
- بالاترین طیف را در یک توری پیدا کنید.
- ارتباط تعداد مرتبه‌های پراش با تعداد روزنه‌های توریهایی که بکار برده‌اید چیست؟
- علت رویهم افتادگی طیفها در مرتبه‌های بالاتر را توضیح دهید؟
- شدت نور مرتبه‌های پراش از یک توری را با یکدیگر مقایسه کنید؟
- گستره زاویه‌ای اول و دوم و سوم از یک توری با تعداد شکافهای (N) معین را مقایسه کنید؟
- گستره زوایه‌ای و بازه خطی توری با N معین ، ثابت هستند یا خیر؟ چرا؟
- اگر توری دو بعدی را مورب جلوی پرتو لیزر بگیرید، چه الگویی پیش می‌آید؟
- اگر توری دو بعدی را مورب جلوی پرتو لیزر بگیرید، سپس دستتان را بچرخانید. چه اتفاقی می‌افتد؟
همچنین ببینید
