Physikalisches Praktikum am von Uhr. Interferenz und Beugung am Einfach- und Mehrfachspalt

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1 Edited by Schlurcher Phyikaliche Praktikum am von Uhr Interferenz und Beugung am Einfach- und Mehrfachpalt Verwendete Geräte: Laer mit Netzgerät Luxmeter x y Schreiber optiche Bank mit Reiter, drehbare Halterung für Dia mit Spalten Maßband Tachenlampe Netzgerät zur Bereittellung der Betriebpannung de Luxmeter mehrere Stromkabel Warntafel Aufbau der Veruchanordnung Die Veruchanordnung wurde o aufgebaut, wie in der Veruchbechreibung bechrieben: Auf der optichen Bank wurde owohl der Laer al auch die drehbare Halterung für die Dia intalliert. Zunächt wurde aber in die Halterung noch kein Dia gegeben, um einen ungehinderten Strahlengang zu gewährleiten. In aureichender Entfernung wurde nun noch der X Y Schreiber aufgetellt. Dabei wurde darauf geachtet, da die X Richtung enkrecht auf die Verlängerung der optichen Bank teht, und die Y Richtung parallel zur optichen Bank teht. Auf dem beweglichen Y Stab de X Y Schreiber wurde nun noch mittel eine Magneten der Fotodetektor angebracht und mit der y-ablenkung verbunden. Netzgerät Fotodetektor = Luxmeteronde angechloen an die y Aulenkung de X-Y-Schreiber Diahalterung auf opticher Bank Laer auf opticher Bank Außerdem wurde der Fotodetektor mit dem Gleichpannungnetzgerät verbunden, an dem eine Leitung von ca. 60 % eingetellt wurde, oda bei einem Spannungbereich von 0 20 V am Fotodetektor die optimale Betriebpannung von ca. 2 V anlag. Damit der Laer die Diode genau in der richtigen Höhe traf (in der Mitte de Empfangbereich), wurde owohl der X-Y-Schreiber al auch die optiche Bank mit Büchern unterlegt. De Weiteren wurde der Raum betmöglicht abgedunkelt, um Streulicht zu vermeiden.

2 2 Edited by Schlurcher Bereit beim Aufbau der Veruchanordnung zeigten ich chon erte Probleme, die die nachfolgende Meung negativ beeinflut haben: Der Fotodetektor konnte auf dem X-Y-Schreiber leider nur mit einem ehr chwachen Magneten und einer ehr kleinen Schraubzwinge befetigt werden, wodurch eine tabile Fixierung deelben nicht gewährleitet werden konnte. Jede Mal, wenn der X-Y-Schreiber auf die Augangpoition zurückfuhr, mute der Fotodetektor neu aufgetellt werden. Bei jeder Meung muten die für da Anchließen de Fotodetektor verwendeten Kabel mit dieem mitgetragen werden, da ie ont dieen an einer ungetörten Bewegung in X-Richtung gehindert hätten. Ingeamt konnte ein dauerhafte mittige und enkrechte Auftreffen de Laertrahl auf den Fotodetektor nicht immer gewährleitet werden (wegen der oben genannten Gegebenheiten). Veruchdurchführung Sicherheitvorkehrungen Da unbedingt gewährleitet werden mute, da nicht zufällig jemand in den Laertrahl chaut, wurde in der Nähe de Veruchaufbau ein deutliche Warnchild aufgetellt. Außerdem wurde der Laer nur während der Meungen eingechaltet und direkt danach wieder augechaltet, um diee Gefahrenquelle zu reduzieren. Nullpunktfetlegung Vor den eigentlichen Beugung- und Interferenzveruchen wurde der Nullpunkt der x-ache mit dem Laertrahl ohne Spalt (ohne Dia) fetgelegt. Dabei wurde der X-Y-Schreiber o lange verchoben, bi der Nullpunkt genau bei 4 cm auf der X-Ache de Schreiber lag (die liegt etwa in der Mitte der X-Ache). Da mit dem Laer immer auf den Einzel- bzw. Mehrfachpalt gezielt werden mute, hat ich auch der Nullpunkt verchoben, wehalb diee Nullpunktfetlegung vor jeder Meung erneut durchgeführt wurde. Memethode Die Luxmeteronde nimmt jeweil die Beleuchtungtärke in Abhängigkeit von x auf. Am X-Y-Schreiber wird an der y-ache die Lichtintenität aufgetragen und x-ache dient gleichzeitig al t-ache (da der Wagen ich mit gleicher Gechwindigkeit bewegt). Der X-Y-Schreiber wir omit al y(t) Schreiber verwendet. Zeiteintellung: cm/ec Y-Eintellung: 0 mv/cm Veruchaufbau Wobei gilt: =,65 ± 0,005 m

3 3 Edited by Schlurcher Auwertung der Meergebnie de Einzelpalte (Intenitätverteilung de Einfachpalte auf Beiblatt ) b = 0, mm Lage und Höhe der Maxima owie die Lage der Minima: Bei der Intenitätverteilung zeigt ich ehr deutlich da für den Einfachpalt charakteritiche ehr breite 0. Maximum. Außerdem zeigt ich, da die Intenität der weiteren Maxima tark abnimmt. Auch die it typich für den Einfachpalt. De Weiteren it der annähernd äquiditante Abtand der Minima auffällig, au dem ich die Wellenlänge errechnen lät. {In Bild einzeichnen) d =, cm ± 0,05 cm (Abtand der Minima) Herleitung der Wellenlänge: = binα (Da der Abtand Spalt Empfänger ehr groß it, und die Strahlen al parallel angeehen werden können) kλ = binα (Bedingung für Minimum) kλ = b tanα (Kleinwinkelnäherung) x kλ = b λ x = x xk = d = (Herleitung iehe Schulheft) b d b λ = k + λ 7 7 = 6, 67 0 ± 0,32 0 m ( ± 4,8%) Auwertung der Meergebnie de Doppelpalte (Intenitätverteilung de Doppelpalte auf Beiblatt 2) b = 0,05 mm Abtand der Spaltmitten b = 0, mm Lage und Höhe der Maxima owie die Lage der Minima: Bei der Intenitätverteilung zeigt ich ehr deutlich, da die Intenität der Maxima zwar (augehend von 0. Maximum) tark abnehmen, aber im Vergleich zum Einfachpalt, noch länger auf hohem Niveau bleibt. Die it charakteritich für den Doppelpalt. De Weiteren liegen auch die für den Doppelpalt typichen äquiditanten Abtände der Maxima vor. Dieer Abtand lät ich au der Intenitätverteilung de Doppelpalte ableen. {Eintragen in Bild} d =, ± 0,05 cm (Abtand der Maxima) d b λ = (Herleitung analog zum Einfachpalt) λ = 6, 67 0 ± 0,32 0 m ( ± 4,8%)

4 4 Edited by Schlurcher Auwertung der Meergebnie de Dreifachpalte (Intenitätverteilung de Dreifachpalte auf Beiblatt 3) b = 0,05 mm Abtand der Spaltmitten b = 0, mm Lage und Höhe der Maxima owie die Lage der Minima: Bei der Intenitätverteilung zeigt ich ehr deutlich, da die Intenität der Maxima augehend vom 0.Maxima abnehmen. Dabei befindet ich aber, charakteritich für den Doppelpalt, zwichen je zwei Hauptmaxima ein Nebenmaximum (Anzahl der Spalte 2) und omit auch zwei Nebenminimum (Anzahl der Spalte ). Dabei it der Abtand der Hauptmaxima aber weiterhin kontant. Geamtvergleich der drei Intenitätbilder Ähnlichkeiten: - bei allen Intenitätbilder kontante d - deutliche Maxima und Minima (Interferierende Lichttrahlen) Unterchiede: - Intenität und Größe der Maxima (Siehe Bechreibungen weiter oben) - Nebenmaxima ab 3-fach-Spalt : - E wurde jeweil kleine Spaltabtände bevorzugt, da dadurch von (nicht Abtand dieen Spalten annähernd Elementarwellen augehen, und die Einzelder Spaltmittel- palteffekte reduziert werden. [Vgl. hierzu Beiblatt 4 (doppeltem punkte) ; b = 0, mm) mit Beiblatt 2 (b = 0,05 mm)] Prozentualer Fehler bei der Beleuchtungtärkemeung Bei dieem Meverfahren wurde nicht berückichtigt, da der Abtand (Spalt Luxmeteronde) mit wachendem x zunimmt. Die Beleuchtungtärke nimmt aber mit /r 2 ab. Die vom Laer augehende Strahlung entpricht = 00 % Da die Intenität de Laer aber um ca. 5 % chwankt entpricht die Augangleitung ( E 0 ) % Da die Beleuchtungtärke mit /r 2 abnimmt, treffen von dieen % nur noch Ev = E 2 0 r auf da Luxmeter. Die bedeutet, da bei dem 0. Maximum (α = 0 ; r = ) nur Ev = E 2 0 = 0,367 E0 Die entpricht 34,9 38,6 % der Augangtrahlung von %. Für den größtmöglichen Winkel α Max mit einer X-Aulenkung (augehend vom 0.Maximum) von x = 3,3 cm ergibt ich omit r = x + = m. 2 2 max, 6554

5 5 Edited by Schlurcher Folglich ergibt ich für E = E = 0,364 E max rmax Die entpricht 34,6 38,3 % der Augangtrahlung von %. Die ergibt für den größten gemeenen Winkel eine Abweichung von 0,3 % vom 0. Maximum. Beurteilung de Veruch Da fat alle Meergebnie von technichen Geräten (X-Y-Schreiber) aufgezeichnet wurden, konnten ehr genaue Meergebnie erreicht werden und omit konnten auch die Interferenzercheinungen gut dargetellt werden. Leider gab e bei dieem Praktikum zuert Probleme mit dem Laer. Und zwar in der Art, da gar keine Intenitätchwankungen vom Fotodetektor regitriert werden konnten. Die lät ich vermutlich dadurch erklären, da da vom Laer abgetrahlte Licht nicht tark genug war. Nachdem der Laer aber durch einen anderen leitungtärkeren eretzt wurde, konnten die Intenitätchwankungen gut von dem Fotodetektor regitriert werden.