Luce Cremaschini Claudio D’Arpa Maria Concetta Gallone Giovanni Jordan Julia Macchia Davide Parziale Gianluca Punzi Danila De Rose Francesco Moratti Marco Azzola Andrea Faita Antonio Filieri Maria Elisabetta

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

L’Interferometro Obiettivo Presupposti teorici Studiare il fenomeno di Interferenza Proprietà della luce -carattere ondulatorio- Presupposti teorici La luce è prodotta dall’accelerazione di una carica elettrica, che comporta una variazione di intensità del campo elettrico e quindi la produzione della radiazione luminosa

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

Interferometro di Michelson

L’equazione per determinare la lunghezza d’onda è: SCOPO DELL’ ESPERIENZA: misura della lunghezza d’onda  della sorgente laser. L’equazione per determinare la lunghezza d’onda è: da cui x0=0 mm xf =0.115 mm n= 330

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

È così possibile calcolare il nuovo indice di rifrazione: sapendo che N=240 d=29.7 cm λ=633 nm n=1.00026

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

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

Legge della polarizzazione L’obiettivo dell’esperienza consiste nel determinare la relazione che esprime l’intensità della luce trasmessa dal filtro polarizzatore in funzione dell’intensità incidente. In ambito corpuscolare l’intensità rappresenta la quantità di fotoni incidenti, ma nel nostro caso, considerando la luce come un fenomeno di natura ondulatoria, corrisponde all’energia in relazione all’unità di tempo e all’unità di superficie In analogia con quanto si verifica per le onde di natura meccanica l’energia è direttamente proporzionale al quadrato dell’ampiezza della perturbazione, quindi potremo scrivere:

Consideriamo quindi un sistema di due lenti polarizzatrici parallele allineate. 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 E1 è l’ampiezza dell’oscillazione del campo elettrico all’uscita del primo polarizzatore ed E2 l’ampiezza all’uscita del secondo si avrà: essendo q l’angolo formato dagli assi di polarizzazione delle lenti.

Poiché l’intensità è direttamente proporzionale al quadrato dell’ampiezza è possibile determinare la legge relativa alla polarizzazione Legge di MALUS I1 è l’intensità della luce incidente sul polarizzatore I2 l’intensità trasmessa q l’angolo formato dagli assi di polarizzazione delle lenti.

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=cos2q. Per cui con q=kp l’intensità che passa attraverso le lenti è massima, mentre quando q=k p/2 l’intensità è pari o comunque molto vicina a 0.

L’INTERFERENZA E LA DIFFRAZIONE

L’INTERFERENZA 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 un’alternanza di zone luminose e zone scure

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) x1-x2 = k l , k = 0, ±1, ±2... x1-x2 = Differenza di cammino ottico l = lunghezza d’onda ovvero d sen q = d y / D = k l , k = 0, ±1, ±2... d = distanza tra le due sorgenti (Fenditure) D = distanza tra lo schermo e la sorgente. x2 x1 d sinq

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

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

SOVRAPPOSIZIONE DEI GRAFICI DELL’INTERFERENZA E DELLA DIFFRAZIONE

L’ASSORBIMENTO

STRUMENTAZIONE SORGENTE LUMINOSA: MONOCROMATORE: FIBRA OTTICA: SENSORE: Emette la luce in tutte le lunghezze d’onda Divide la luce nelle varie lunghezze d’onda Trasmette la luce al sensore Rileva l’intensità di luce trasmessa dal filtro

IL MONOCROMATORE Il monocromatore é formato da due specchi e da un reticolo di diffrazione; separa le diverse lunghezze d’onda della luce e consente di selezionare le diverse lunghezze d’onda, variando l’inclinazione del reticolo.

RETICOLO DI DIFFRAZIONE A RIFLESSIONE

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

IL SENSORE Come rilevatore abbiamo optato per un fotodiodo calibrato in relazione alle varie lunghezze d’onda; misura l’intensità della luce incidente, trasformandola in segnale elettrico.

I RISULTATI Oggetto di studio sono stati vetrini di colore giallo rosso e blu, dei quali e’ stato analizzato l’assorbimento alle diverse lunghezze d’onda.

VETRINO ROSSO

VETRINO BLU

VETRINO GIALLO