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L u c e Cremaschini Claudio DArpa Maria Concetta Gallone Giovanni Jordan Julia Macchia Davide Parziale Gianluca Punzi Danila De Rose Francesco Moratti.

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1 L u c e Cremaschini Claudio DArpa Maria Concetta Gallone Giovanni Jordan Julia Macchia Davide Parziale Gianluca Punzi Danila De Rose Francesco Moratti Marco Azzola Andrea Faita Antonio Filieri Maria Elisabetta

2 OBIETTIVI Indagare la natura del fenomeno luminoso Utilizzare la luce come strumento dindagine sui materiali ESPERIENZE Interferometro Interferenza Diffrazione Polarizzazione Interazioni radiazioni materia

3 La luce è prodotta dallaccelerazione di una carica elettrica, che comporta una variazione di intensità del campo elettrico e quindi la produzione della radiazione luminosa Studiare il fenomeno di Interferenza Proprietà della luce -carattere ondulatorio-

4 Il campo elettrico associato allonda (oscillante) si può rappresentare mediante una funzione sinusoidale: dove Lintensità luminosa percepita dal nostro occhio è definita come |E| 2 (modulo quadro del campo elettrico) che diventa:

5 Interferometro di Michelson

6 SCOPO DELL ESPERIENZA: misura della lunghezza donda della sorgente laser. Lequazione per determinare la lunghezza donda è: da cui x 0 =0 mm x f =0.115 mm n= 330

7 Interferometro con camera di depressione Con p minore, aumenta la velocità di propagazione della luce nel mezzo

8 È così possibile calcolare il nuovo indice di rifrazione: sapendo che N=240 d=29.7 cm λ=633 nm n=

9 Polarizzazione Premessa: La LUCE è un fenomeno ondulatorio ma... Si tratta di unonda trasversale o longitudinale? Mediante i filtri polarizzatori è possibile evidenziare la natura trasversale della luce.

10 Quindi la luce si propaga attraverso onde trasversali Direzione di propagazione Asse di trasmissione preferenziale Piano perpendicolare alla direzione di propagazione I polarizzatori sono filtri che presentano un asse privilegiato di trasmissione Piano perpendicolare alla direzione di propagazione

11 Legge della polarizzazione Lobiettivo dellesperienza consiste nel determinare la relazione che esprime lintensità della luce trasmessa dal filtro polarizzatore in funzione dellintensità incidente. In analogia con quanto si verifica per le onde di natura meccanica lenergia è direttamente proporzionale al quadrato dellampiezza della perturbazione, quindi potremo scrivere: In ambito corpuscolare lintensità rappresenta la quantità di fotoni incidenti, ma nel nostro caso, considerando la luce come un fenomeno di natura ondulatoria, corrisponde allenergia in relazione allunità di tempo e allunità di superficie

12 La prima lente trasmette un fascio di luce polarizzata; la seconda lente lascerà passare solo quella componente del vettore campo elettrico parallela al proprio asse Se E 1 è lampiezza delloscillazione del campo elettrico alluscita del primo polarizzatore ed E 2 lampiezza alluscita del secondo si avrà: essendo langolo formato dagli assi di polarizzazione delle lenti. Consideriamo quindi un sistema di due lenti polarizzatrici parallele allineate.

13 Legge di MALUS I 1 è lintensità della luce incidente sul polarizzatore I 2 lintensità trasmessa langolo formato dagli assi di polarizzazione delle lenti. Poiché lintensità è direttamente proporzionale al quadrato dellampiezza è possibile determinare la legge relativa alla polarizzazione

14 Una volta raccolti i dati sperimentali si possono confrontare con la linea teorica data dalla legge di Malus. Osserviamo come la curva ottenuta sia una funzione del tipo y=cos 2. Per cui con =k lintensità che passa attraverso le lenti è massima, mentre quando =k /2 lintensità è pari o comunque molto vicina a 0.

15 LINTERFERENZA E LA DIFFRAZIONE

16 LINTERFERENZA Si tratta del fenomeno che si presenta quando si sovrappongono due raggi luminosi provenienti da due diverse sorgenti La figura che si rileva sullo schermo presenta unalternanza di zone luminose e zone scure Si tratta del fenomeno che si presenta quando si sovrappongono due raggi luminosi provenienti da due diverse sorgenti La figura che si rileva sullo schermo presenta unalternanza di zone luminose e zone scure

17 INTERPRETAZIONE TEORICA Considerando la luce come un fenomeno di tipo ondulatorio è possibile determinare la condizione per la quale si presentino zone di luce (Interferenza Costruttiva) x 1 -x 2 = k, k = 0, ±1, ±2... x 1 -x 2 = Differenza di cammino ottico = lunghezza donda ovvero d sen = d y / D = k, k = 0, ±1, ±2... d = distanza tra le due sorgenti (Fenditure) D = distanza tra lo schermo e la sorgente. Considerando la luce come un fenomeno di tipo ondulatorio è possibile determinare la condizione per la quale si presentino zone di luce (Interferenza Costruttiva) x 1 -x 2 = k, k = 0, ±1, ±2... x 1 -x 2 = Differenza di cammino ottico = lunghezza donda ovvero d sen = d y / D = k, k = 0, ±1, ±2... d = distanza tra le due sorgenti (Fenditure) D = distanza tra lo schermo e la sorgente. x2 x1 d sin

18 MISURA DELLA LUNGHEZZA DONDA DELLA LUCE DEL LASER Utilizzando la relazione dellinterferenza costruttiva è possibile determinare la lunghezza donda della luce emessa da una sorgente laser = d y / D k Valori misurati d = 0,025 cm D = (113,3 ± 0,1) cm y/k = (0,29 ± 0,02) cm = (630 ± 30) nm Utilizzando la relazione dellinterferenza costruttiva è possibile determinare la lunghezza donda della luce emessa da una sorgente laser = d y / D k Valori misurati d = 0,025 cm D = (113,3 ± 0,1) cm y/k = (0,29 ± 0,02) cm = (630 ± 30) nm

19 LA DIFFRAZIONE E un fenomeno osservabile quando un fascio luminoso attraversa una fenditura di dimensioni estremamente piccole. Si produce unimmagine costituita da unalternanza di zone chiare e scure E un fenomeno osservabile quando un fascio luminoso attraversa una fenditura di dimensioni estremamente piccole. Si produce unimmagine costituita da unalternanza di zone chiare e scure

20 SOVRAPPOSIZIONE DEI GRAFICI DELLINTERFERENZA E DELLA DIFFRAZIONE

21 LASSORBIMENTO

22 STRUMENTAZIONE SORGENTE LUMINOSA: MONOCROMATORE: FIBRA OTTICA: SENSORE: Emette la luce in tutte le lunghezze donda Divide la luce nelle varie lunghezze donda Trasmette la luce al sensore Rileva lintensità di luce trasmessa dal filtro

23 Il monocromatore é formato da due specchi e da un reticolo di diffrazione; separa le diverse lunghezze donda della luce e consente di selezionare le diverse lunghezze donda, variando linclinazione del reticolo. IL MONOCROMATORE

24 RETICOLO DI DIFFRAZIONE A RIFLESSIONE

25 LA FIBRA OTTICA La luce, passando da un mezzo con indice di rifrazione maggiore di quello dellaria, subisce il fenomeno della riflessione totale

26 Come rilevatore abbiamo optato per un fotodiodo calibrato in relazione alle varie lunghezze donda; misura lintensità della luce incidente, trasformandola in segnale elettrico. IL SENSORE

27 Oggetto di studio sono stati vetrini di colore giallo rosso e blu, dei quali e stato analizzato lassorbimento alle diverse lunghezze donda. I RISULTATI

28 VETRINO ROSSO

29 VETRINO BLU

30 VETRINO GIALLO


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