Işık hızının ölçümü

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Işık hızının ölçümü 2.1.01-01"

Aysun Bilgili
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Geometrik Optik Optik -01 Neler öğreneceksiniz? Kırınım indisi Dalga boyu Frekans Faz Modülasyon Elektrik alanı sabiti Manyetik alan sabiti Prensip: Işığın yoğunluğu bir yüksek frekans ile değiştirilir ve verici ile alıcı sinyalin faz ilişkisi karşılaştırılır. Işığın hızı faz içindeki değişiklikler, modülasyon frekansı ve ışık yolu arasındaki ilişkiden hesaplanır Neler gerekiyor: Işık Hızı ölçer (komple set) Korumalı kablo, BNC, l = 750 mm Dijital Osiloskop 25 MHz, 2 kanallı Komple Ekipman Seti, CD-ROM üzerinde Kılavuz dahildir P Ölçüm prensibi. Görev 1. Işığın havadaki hızının belirlenmesi. 2. Işığın sudaki hızının belirlenmesi ve kırınım indisinin hesaplanması 3. Işığın akrilik camdaki hızının belirlemesi ve kırınım indisinin hesaplanması PHYWE Systeme GmbH & Co. KG D Göttingen Laboratuvar Deneyleri - Fizik 89

2 LEP İlgili konular Kırınım indisi, dalga boyu, frekans, faz, modülasyon, elektrik alanı sabiti, manyetik alan sabiti. Prensip Işığın yoğunluğu bir yüksek frekans ile değiştirilir ve verili ile alıcı sinyalin faz ilişkisi karşılaştırılır. Işığın hızı faz içindeki değişiklikler ile ışık yolu arasındaki ilişkiden hesaplanır. Ekipman Işık hısı ölçüm aparatı Korumalı kablo, BNC, l = 1500 mm Osiloskop, 30 MHz, 2 kanallı Blok, sentetik reçine Görev 1. Işığın havadaki hızını belirlemek. 2. Işığın sudaki ve sentetik reçinedeki hızını belirlemek ve kırınım indislerini hesaplamak Kurulum ve prosedür Döner ayna ve lensler perde ile çıkan ışık ışınlarının taban levhasına parallel olacak şekilde (Şekil 1) ve alıcı diyotlara maksimum sinyal ulaşacak şekilde yerleştirilir (ayrıntılı açıklamalar işletim talimatlarında bulunabilir) MHz (kuvars ile stabil hale getirilmiş) modülasyon frekansı yaklaşık olarak 50 khz ye düşürülür ve böylece verici ve alıcı sinyaller osiloskop üzerined görüntülenebilirler. 1. Öncelikle, ayna işletim ünitesine mümkün olduğunca yakın biçimde yerleştirilir (ölçek üzerindeki sıfır noktası). Bir Lissajous figürü osiloskop üzerinde görünür (XY - operasyonu) ve işletim ünitesi üzerindeki faz düğmesi kullanılarak düz bir hatta dönüştürülür. Ayna daha sonra derecelendirilmiş ölçek üzerinde faz kadar değişinceye kadar kaydırılır, örn, ters yönde eğimli olan düz bir hat elde edilinceye kadar. Aynının yer değişimi Δx ölçülür, ölçüm birkaç kez tekrarlanmalıdır. 2. Su dolu bir tüp ya da sentetik reçine bloğu ışık yolu içine yerleştirilir böylece onun dış yüzeyleri optik eksene dik vaziyette olurlar; ayna doğrudan bunların arkasına yerleştirilir (Şekil 3 ün üstü). Reçine bloğu ile bir destek bloğu kullanılabilir böylece her iki yönde de onun içinden geçer. aşama düğmesi kullanılarak osiloskop üzerinde tekrar doğru bir hat elde edilir. Daha sonra nesne ışınların yolunun dışına Şekil. 1: Sentetik reçine içindeki ışık hızının ölçümü için deneysel kurulum PHYWE yayın serisi Laboratuvar Deneyleri Fizik PHYWE SYSTEME GMBH & Co. KG D Göttingen P

3 LEP Osiloskop Çalışma ünitesi Ayna alınır ve ayna Lissajous figürü tekrar aynı faz farkını gösterinceye kadar hareket ettirilir. Aynının yer değişimi Δx birkaç kez ölçülür. Teori ve değerlendirme Işığın hızı Maxwell denkleminden aşağıdaki şekilde elde edilir: (1) manyetik alan sabitidir, nesnenin izafi geçirgenliği ve µ ise onun geçirgenliğidir Nesninin kırınım indeksi boşluk ve nesne içindeki ışık hızının bölümüdür (2) burada elektrik alanı sabitidir. saydam cisimlerin pek çoğu için µ = 1 dir İzafi geçirgenlik ve kırınım indisi atomların ve moleküllerin doğal titreşimleri nedeniyle frekansa bağlıdır (dağılım). Kırmızı ışık (LED) deneyde kullanılır. Verici ve alıcı sinyal arasındaki faz ilişkisi osiloskop üzerindeki bir Lissajous figürü ile temsil edilir. Eğer bu bir düz haz ise, pozitif bir eğim durumunda bu faz farkı 0 ve bir negatif durumda ise dir. 1. Havadaki ışık hızını ölçmek için, ışık yolu Δl = 2. Δx kadar uzatılır Measurement 1 Ölçüm (Şekil. 2), faz değişimi üretmek için, örn., bu mesafeyi almak için ışığın Δt = kadar zamana ihtiyacı vardır burada f = 50.1 MHz, modülasyon frekansıdır. Measurement 2 Böylelikle ışığın havadaki hızı aşağıdaki formülle ifade edilir; (3) Ölçüm 2 Şekil. 3: Diğer nesnelerin ışık hızlarının ölçümü. 2 P PHYWE yayın serisi Laboratuvar Deneyleri Fizik PHYWE SYSTEME GMBH & Co. KG D Göttingen

4 LEP 10 ölçümün ortalaması: Su içerisinde ölçülen mesafe / m = 1 m, dolayısıyla ifade; Literatürden alınan değer: Sentetik reçine içerisinde 30 cm lik m için, ifade Kırınım indisi için beklenen genlikten şu sonucu çıkartabiliriz 2. Işığın su ya da sentetik reçine içindeki hızı c M, bunun havadaki hızı ile c T ile karşılaştırılması ile ölçülür (Şekil 3). İlk ölçümde (nesne ile), ışık l 1 mesafesini t 1 süresinde alır k = 0, o nedenle t 1 = t 2 (5) Su içindeki ölçüm şunları verir; n H2O = ± C H2O = (2.23 ± 0.01) İkinci ölçümde (nesne olmadan) ışık Literatürden değerler: n H2O = mesafesini c H2O = Sentetik reçine bloğu için aşağıdakileri elde ederiz: süresinde alır. Verici ve alıcı sinyal arasındaki faz farkı her iki vakada da aynıdır, dolayısıyla; nsynthetic = ± resin c synthetic = (1.87 ± 0.01) 10 8 Böylece biz kırınım indisini elde ederiz (4) PHYWE yayın serisi Laboratuvar Deneyleri Fizik PHYWE SYSTEME GMBH & Co. KG D Göttingen P

5 LEP 4 P PHYWE yayın serisi Laboratuvar Deneyleri Fizik PHYWE SYSTEME GMBH & Co. KG D Göttingen

Benzer belgeler

İÇİNDEKİLER. 1 Projenin Amacı... 1. 2 Giriş... 1. 3 Yöntem... 1. 4 Sonuçlar ve Tartışma... 6. 5 Kaynakça... 7

İÇİNDEKİLER. 1 Projenin Amacı... 1. 2 Giriş... 1. 3 Yöntem... 1. 4 Sonuçlar ve Tartışma... 6. 5 Kaynakça... 7 İÇİNDEKİLER 1 Projenin Amacı... 1 2 Giriş... 1 3 Yöntem... 1 4 Sonuçlar ve Tartışma... 6 5 Kaynakça... 7 FARKLI ORTAMLARDA HANGİ RENK IŞIĞIN DAHA FAZLA SOĞURULDUĞUNUN ARAŞTIRILMASI Projenin Amacı : Atmosfer