LASERI TÖÖPÕHIMÕTE, LASERKIIRGUSE OMADUSED JA VÄIKESTE OSAKESTE MÕÕDETE MÄÄRAMINE (2)

Tartu Ülikool - Füüsika - Füüsika loodus- ja tehiskeskkonnas

5 VÄGA HEA

Tartu Ülikooli Türi Kolledž
Tuuli Raal
I kursus
LASERI TÖÖPÕHIMÕTE, LASERKIIRGUSE OMADUSED JA VÄIKESTE OSAKESTE MÕÕDETE MÄÄRAMINE
Referaat
Juhendaja : Tiiu Müürsepp
Türi 2010

Sisukord

1.Sissejuhatus 3
2.Mis on laser ? 4
3.Laseri ehitus 4
4.Laseri tööpõhimõte 4
5.Laserkiirguse omadused 5
6.Väikeste osakeste mõõdete määramine 6
6.1.Katse skeem 6
6.2.Katse 6
6.3.Valemid 7
7.Kokkuvõte 9
8.Kasutatud kirjandus 10

Sissejuhatus

Referaadi teemaks on laseri tööpõhimõte, laserkiire omadused ja väikeste osakeste mõõtmete määramine. Valisin selle teema kuna see tundus huvitav ja ma tahtsin laserist rohkem teada saada. Töös esitatakse keskkonnafüüsika praktikumis sooritatud väikeste osakeste mõõtmete määramise katse tulemused ja nende põhjal tehtud järeldused.

Mis on laser?

Laser on tehis valgusallikas , mis eristub teistest valgusallikatest, tavavalgustitest( elektripirn , luminestsentlamp, neoontoru jt) selle poolest, et kiirgab kitsaid (suunatud) valguskimpe, mis on koherentsed , monokromaatsed ja võivad olla ülieredad. Laserikiirt saab ülimalt koondada ruumis (ülipeeneks – μm suurusjärgus valgustäpiks) ja ajas ( piko - koguni femtosekundi– 10-12 – 10-15 s – suurusjärgus välkeks e impulsiks ).

Laseri ehitus

Joonis 1.

Aktiivaine

Pump – vajalik pöördhõive tekitamiseks (laseri “süütamine”)

Peegel

Poolläbilaskev peegel (3 ja 4 koos – resonaator)

Laserkiir

Laseri tööpõhimõte

Laseri tööpõhimõte seisneb selles, et on pump, mis tekitab elektrivälja. Elektriväljas kiirendatud elektronide põrgetel aatomitega (aktiivaine) toimub viimaste üleminek ergastatud seisundisse. Aktiivaineks on Ne ja He. Ergastatud osakesed hakkavad liikuma erinevatele energianivoodele (joonis 2.). Ergastatud osakesed kaotavad energiat kvandi kiirgamisega (fluorestsents). Kui ergastatud osakesele mõjub kvant , siis naaseb osake põhiolekusse kiirates kvandi, mis on koherentne ja samasuunaline pealelangeva kvandiga. Stimuleeritud kiirgumine toimub juhul kui kvandi energia on sama suur kui osakese ergastatud ja põhioleku energiate erinevus. Stimuleeritud e. sundkiirguseks nimetatakse sellist elektromagnetkiirgust, mis tekib aatomi üleminekul ergastatud olekust põhiolekusse välise kiirguse ( neeldunud footoni) mõjul. Kiirguse neeldumine on stimuleeritud kiirguse tekkega konkureeriv protsess. Neeldumise tulemusel viiakse osakesed (tagasi) ergastatud olekusse. Kiirgus saab võimenduda, kui stimuleeritud kiirguse teke ületab kiirguse neeldumist. See on võimalik ainult juhul, kui ergastatud olekus on rohkem osakesi kui põhiolekus – pöördhõive. Pöördhõive on selline olukord, kus aines on palju kiirgamiseks valmis aatomeid. See saavutatakse pumpamise ehk elektrivälja abil.
Joonis 2. He ja Ne aatomite energianivoode skeemid

Laserkiirguse omadused

Monokromaatilisus ja koherentsus
Lokaliseeritus
Intensiivsus ehk tugevus
Fokuseeritavus

Monokromaatsus ehk monokromaatilisus on elektromagnetlainete omadus olla "ühevärviline", s.o kindla sageduse ja lainepikkusega. Monokromaatset valguslainet ei saa prisma abil lahutada erinevat värvi laineteks.
Koherentsus on kokkukuuluvus, seostatus, kooskõlastatus. Koherentsus on füüsikas lainete kooskõlalisus, mis seisneb ühises võnkesageduses ja muutumatus faaside vahes.

Väikeste osakeste mõõdete määramine

Väikeste osakeste mõõtmed saab määrata, kui on teada valguse lainepikkus ja interferentsrõngaste läbimõõdud. Nendeks osakesteks võivad olla näiteks taimede eosed. Meie kasutasime praktikumis klaasplaadile kantud õhukest verekihti (erütrotsüüt).

Katse skeem

Katse tegemiseks on vaja He-Ne gaaslaser, klaasplaat, millele on kantud õhuke verekiht, mattpaberiga kaetud ekraan , digitaalnenihik, joonlaud .

Katse

Panen klaasplaadi gaaslaseri ja ekraani vahele. Mõõdan klaasplaadi ja ekraani vahemaa joonlauaga. Kannan tulemuse tabelisse. Ekraanile tekib kujutis, milles on eristatavad erinevad rõngad. Mõõdan digitaalnihikuga esimese tumeda ja heleda rõnga diameetrid. Muudan ekraani ja klaasplaadi vahemaad ning kordan mõõtmisi. Teen arvutused ning kannan tulemused tabelisse (tabel 1). On teada ka, et λ=632,8nm.
Kaugus objekti ja ekraani vahel
L,cm
Maksimumi järk
(rõnga nr)
k
Rõnga diameeter D, cm
Tan
Sin
Osakeste
diameeter
d , μm
1
2
3
keskmine
L1=12 cm= 120mm
1(tume)
18,58
18,71
19,92
18,92
0,079
0,00079
9793
2(hele)
28,85
26,37
26,49
27,20
0,1135
0,00011
9157
L2=14cm= 140mm
1(tume)
25,21
22,72
23,10
23,68
0,0846
0,000085
9128,6
2(hele)
29,05
31,55
31,17
30,59
0,1093
0,00011
9499,2
L3=18cm= 180mm
1(tume)
31,34
33,76
31,53
32,21
0,089
0,000089
8628,6
2(hele)
43,29
45,09
44,21
44,20
0,123
0,000075
8452,6
Tabel1
Arvutan ka erütrotsüüdi keskmine diameetri . Liidan kokku kõik osakeste diameetrid ning jagan need 6, sest on kuus diameetrit.
d= 9109,8 μm

Valemid

, kus D on rõnga diameeter ja L on kaugus objekti ja ekraani vahel
Tumeda rõnga korral:
Osakeste diameetri arvutamine: , kus λ on lainepikkus, L on kaugus objekti ja ekraani vahel ja D on rõnga diameeter
Tumedate rõngaste nurkdiameetreid iseloomustav valem: , kus
Heleda rõnga korral:
Osakeste diameetri arvutamine: , kus λ on lainepikkus, L on kaugus objekti ja ekraani vahel ja D on rõnga diameeter
Heledate rõngaste nurkdiameetreid iseloomustav valem:

Kokkuvõte

See katse mille ma praktikumis tegin on oluline kui on vaja määrata väikeste osakeste mõõtmeid. Seda katset oli huvitav teha kuigi see oli ka keeruline. Kõige raskem oli minu arust nende rõngaste diameetri mõõtmine, sest rõngad oli hajusad ja täpset keskpaika, kust mõõta, oli keeruline määrata. Kuid siiski üldiselt oli seda tööd huvitav teha.

Kasutatud kirjandus

http://tera.chem.ut.ee/~ivo/ak2/ak2_laser.pdf

http://et.wikipedia.org/wiki/Laser

Keskkonnafüüsika praktikumi juhend

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:_ZXmoMd109YJ:www.fi.tartu.ee/loengumaterjalid/henn/LASER_2005.ppt+Laser.+mis%3F+Kuidas%3F+Milleks%3F&cd=1&hl=et&ct=clnk&gl=ee

.DOCX Laadi alla originaalfail 8 lk · .docx · 43 allalaadimist

LASERI TÖÖPÕHIMÕTE-LASERKIIRGUSE OMADUSED JA VÄIKESTE OSAKESTE MÕÕDETE MÄÄRAMINE #1

LASERI TÖÖPÕHIMÕTE-LASERKIIRGUSE OMADUSED JA VÄIKESTE OSAKESTE MÕÕDETE MÄÄRAMINE #2

LASERI TÖÖPÕHIMÕTE-LASERKIIRGUSE OMADUSED JA VÄIKESTE OSAKESTE MÕÕDETE MÄÄRAMINE #3

LASERI TÖÖPÕHIMÕTE-LASERKIIRGUSE OMADUSED JA VÄIKESTE OSAKESTE MÕÕDETE MÄÄRAMINE #4

LASERI TÖÖPÕHIMÕTE-LASERKIIRGUSE OMADUSED JA VÄIKESTE OSAKESTE MÕÕDETE MÄÄRAMINE #5

LASERI TÖÖPÕHIMÕTE-LASERKIIRGUSE OMADUSED JA VÄIKESTE OSAKESTE MÕÕDETE MÄÄRAMINE #6

LASERI TÖÖPÕHIMÕTE-LASERKIIRGUSE OMADUSED JA VÄIKESTE OSAKESTE MÕÕDETE MÄÄRAMINE #7

LASERI TÖÖPÕHIMÕTE-LASERKIIRGUSE OMADUSED JA VÄIKESTE OSAKESTE MÕÕDETE MÄÄRAMINE #8

100 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 100 punkti.

~ 8 lehte Lehekülgede arv dokumendis

2011-05-09 Kuupäev, millal dokument üles laeti

43 laadimist Kokku alla laetud

2 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid

tuuli8998 Õppematerjali autor

Referaat

laser laseritööpõhimõte

Kasutatud allikad

Sarnased õppematerjalid

doc

Väikeste osakeste läbimõõdu määramine gaaslaseri abil

TÜRI KOLLEDZ Väikeste osakeste määramine gaaslaseriga Referaat Hannelore 12/14/2010 1 Sisukord Sisukord.................................................................................................................................. 2 Mis on laser?........................................................................................................................... 3 HeNe laseri ehitus ja tööpõhimõte........................................................................................... 4 Väikeste osakeste läbimõõdu määramine gaaslaseri abil....................................................... 5 Teooria................................................................................................................................ 5 Praktika............................................................................................................................... 6

Füüsika loodus- ja tehiskeskkonnas

109

doc

Füüsikaline maailmapilt

.................................................................................64 9.6. Vahelduvvool......................................................................................................68 9.7. Elektromagnetvõnkumised................................................................................. 70 10. Lainetamine..............................................................................................................71 10.1. Harmooniline laine ja selle omadused..............................................................71 10.2. Harmooniliste lainete liigid...............................................................................74 11. Kvantmehaanika...................................................................................................... 89 11.1. Valguse kiirgumine ja neeldumine (Bohri mudel)............................................92 11.2. Aatomimudel..................................................................

Füüsikaline maailmapilt

doc

Füüsika eksami küsimuste vastused

magnetmoment ruumalaühiku kohta. · Induktiivsus L (H) (Henry) · Noolereegel, selle rakendamine vektorkorrutisena antud valemite graafilisel kujutamisel. a) vektorkorrutis; b) ortonormaalne reeper kui "parempoolne kolmik" Vektorkorrutis koordinaatkujul: ja determinandina: · Magnetväli vooluga juhtme ümber: suuna määramine. Ampere'i seadus: Vooluga juhtmele magnetväljas mõjuv jõud on võrdeline voolutugevuse, juhtme pikkuse ja magnetilise induktsiooniga ning magnetvälja ja voolu suundade vahelise nurga siinusega. Jõud on risti nii juhtme kui magnetväljaga, tema suuna määrab vasaku käe reegel. Tesla on sellise välja magnetiline induktsioon, kus vooluga raamile, mille pindala on 1 , mõjub maksimaalne jõumoment 1 Nm, kui raamis on vool 1 A.

Füüsika

doc

Kordamisküsimused: Elektriväli ja magnetväli.

Füüsika

rtf

Põhivara aines Füüsikaline maailmapilt

Isikuid, kel vastavad võimed on tugevad, nimetatakse meediumideks või kontaktleriteks (religioossetes tekstides prohvetiteks). Inimesed, kellel puudub isiklik ilmutuse-alane kogemus, kalduvad eitama ilmutuse võimalikkust (nad usuvad, et ilmutusi ei ole olemas). Loodusnähtuse füüsikaline mudel esitab kompaktselt füüsikalise objekti kohta olemasoleva info, sidudes objekti abstraktsed (meeltega mittetajutavad) omadused millegi vahetult tajutavaga ning tuues esile aspektid, milles objekt erineb teistest omataolistest. Füüsika tegeleb mudelitega põhjusel, et loodusnähtuse kõigi omaduste samaaegne arvestamine on liiga keerukas ja sageli ka mittevajalik. Seaduspärasus on loodusnähtuse kohta kehtiv kvalitatiivne (erijooni rõhutav, mõõdetavust mitte eeldav) üldistus (nt. mida massiivsem on keha, seda raskem on muuta tema liikumisolekut). Seaduspärasus ei

Füüsika

doc

Põhivara füüsikas

mustest, mis esmapilgul võiksid (põhjuslikus seoses) antud sündmuse kui tagajärje võimatuks muuta. Religioosses käsitluses esineb ettemääratus kui kõrgema infoallika (Jumala) tahteakti tulemus. Info ettemääratuse kohta on reeglina ilmutuslik info. Loodusnähtuse füüsikaline mudel esitab kompaktselt füüsikalise objekti kohta olemasoleva info, sidudes objekti abstraktsed (meeltega mittetajutavad) omadused millegi vahetult tajutavaga ning tuues esile 3 aspektid, milles objekt erineb teistest omataolistest. Füüsika tegeleb mudelitega põhjusel, et loodusnähtuse kõigi omaduste samaaegne arvestamine on liiga keerukas ja sageli ka mittevajalik. Seaduspärasus on loodusnähtuse kohta kehtiv kvalitatiivne (erijooni rõhutav, mõõdetavust mitte eeldav) üldistus (nt

Füüsika

477

pdf

Maailmataju

mehaanika, relatiivsusteooria, kvantmehaanika, ajas rändamise teooria, ajas rändamise teooria edasiarendused ja ajas rändamise tehniline lahendus. Elektromagnetism käsitleb peamiselt elektrilisi ja magnetilisi füüsikalisi nähtusi. Klassikalist mehaanikat käsitletakse paraku siin aga väga vähe. See kirjeldab kehade liikumisi, kui kehade kiirused on väikesed ( võrreldes valguse kiirusega vaakumis ) ja massid suured ( võrreldes osakeste massidega ). Relatiivsusteooria jaguneb omakorda kaheks haruks: erirelatiivsusteooriaks ja üldrelatiivsusteooriaks. Erirelatiivsusteooria käsitleb sellist füüsika osa, mille korral on kehade liikumiskiirused väga suured. See tähendab seda, et kehade liikumiskiirused lähenevad valguse kiirusele vaakumis. Üldrelatiivsusteooria käsitleb aga masse, mis kõverdavad aegruumi. Gravitatsiooni käsitletakse kui kõvera aegruumina. Kvantmehaanika kirjeldab mikroosakeste käitumisi

Karjäärinõustamine