Damian Pliszka, Tomasz Wróblewski, Miroslaw Brozis, Grzegorz Karwasz1
Instytut Fizyki, Pomorska Akademia Pedagogiczna w S³upsku, 76-200 S³upsk, Polska 1Instituto Nazionale per la Fisica della Materia, Universitá di Trento, 38050 Povo, W³ochy
Obecne trudnoSci w wyposazniu szkól w pomoce naukowe oraz skrócone programy nauczania sklaniaja do poszukiwania nowych pomocy dydaktycznych. Przyklady wykorzystania zabawek w dydaktyce fizyki pokazano na wystawie zorganizowanej przez Uniwersytet w Trento i WSP w Slupsku we wrzesniu 1998 roku [1]. Jedno z przedstawionych doswiadczen dotyczylo wykorzystania plyty CD do obserwacji widma swiatla. W niniejszym artykule opisujemy konstrukcje spektroskopu opartego o plyte CD oraz jego zastosowanie do analizy róznych - powszechnie dostepnych - zródel swiatla. Inne proste doswiadczenie pozwala na obserwacje tetnien swiatla jarzeniówki.
Przedstawione przyklady maja na celu zwrócenie uwagi ucznia na mozliwosæ dokonywania pomiarów jakościowych z wykorzystaniem prostych przyrz±dów. Omówione do¶wiadczenia nie dotycz± okre¶lonych jednostek lekcyjnych, ale mog± byæ wykorzystane w realizacji ró¿nych tematów i na ró¿nych etapach nauczania. Przyk³adowo, efekt stroboskopowy obserwowany w ¶wietle neonówki jest dowodem na zmienny charakter napiêcia sieciowego, a niektóre aspekty emisji w lampie energooszczêdnej wprowadzaj± do szczegó³owych zagadnieñ widm absorpcyjnych cz±steczek, niezbêdnych np. do wyja¶nienia mechanizmu efektu cieplarnianego. W III klasie gimnazjum spektroskop CD mo¿e s³u¿yæ do ilustracji falowej natury ¶wiat³a, wprowadzaæ do zagadnieñ wy³adowañ w gazach, dostarczaæ argumentów na kwantow± strukturê atomu.
Istnieje szereg sposobów bezpo¶redniego wykorzystania p³yty CD jako analizatora widma. Intensywno¶æ kolorów przy obserwacji ró¿nych ¼róde³ ¶wiat³a - nawet w obecno¶ci rozproszonego o¶wietlenia dziennego - jest zadziwiaj±ca. Dzieje siê tak, poniewa¿ obserwacja odbywa siê w ¶wietle odbitym, a nie przechodz±cym - jak w przypadku pryzmatu - i kolory obserwuje siê bez ci±g³ego, jasnego t³a. ¯arowe ¼ród³o ¶wiat³a daje oczywi¶cie widmo ci±g³e. Obserwacje mo¿na przeprowadziæ np. staj±c ty³em do lampy pokojowej w odleg³o¶ci 2-3 metrów i trzymaj±c p³ytê w wyci±gniêtej rêce, nieco powy¿ej oczu. Najpierw nale¿y pochyliæ p³ytê wzd³u¿ osi poziomej, tak aby na jej górnej czê¶ci ujrzeæ odbicie ¿arówki. Nastêpnie nale¿y pochylaæ górn± krawêd¼ do siebie, a¿ do ujrzenia pierwszego rzêdu dyfrakcji. Przy dalszym pochylaniu ujrzymy drugi rz±d - zachodz±cy czê¶ciowo na trzeci: kolor czerwony drugiego rzêdu zlewa siê z kolorem fioletowym daj±c kolor karminowy. Obserwacja ¿arówki energooszczêdnej lub lampy neonowej daje odmienny obraz: w widmie wyra¼nie brakuje niektórych jego czê¶ci. Na pierwszy "rzut oka" w widmie wystêpuje kolor zielony i czerwony, brakuje ¿ó³tego i niebieskiego.
Drugim sposobem, zapewniaj±cym lepsze rozdzielenie widma skwantowanego w lampach wykorzystuj±cych wy³adowanie w gazie, jest umieszczenie p³yty na ¶cianie, a ¼ród³a ¶wiat³a w odleg³o¶ci 3-4 metrów za plecami obserwatora. P³yta powinna byæ przys³oniêta, nale¿y pozostawiæ jedynie pasek o szeroko¶ci 5-10 mm w pobli¿u zewnêtrznej krawêdzi. Obserwator staje w odleg³o¶ci oko³o od p³yty. Ten sposób zapewnia najlepsze rozdzielenie barw i ich intensywno¶ci. W dalszej czê¶ci przedstawiamy sposób konstrukcji prostego spektroskopu i szczegó³ow± analizê widm ró¿nego typu ¿arówek. Dla u³atwienia interpretacji obserwowanych widm przedstawiamy wyniki badañ na spektrometrze laboratoryjnym.
¬ród³o ¶wiat³a umieszczamy w ma³ym pude³ku ze szczelin± o szeroko¶ci ok. 2 mm, która s³u¿y do wytworzenia w±skiego strumienia ¶wiat³a. Pud³o z ¿arówk±, p³ytê CD i soczewkê umieszczamy w wiêkszym pudle, np. od komputera. U¿ywamy jedynie czê¶ci p³yty CD w postaci paska o szeroko¶ci oko³o 5 mm i d³ugo¶ci ciêciwy p³yty, w pobli¿u zewnêtrznej krawêdzi. U³atwia to pomiar i jego interpretacjê. Wybór miejsca na CD jest podyktowany stosunkowo dobr± równoleg³o¶ci± ¶cie¿ek w pobli¿u zewnêtrznych krawêdzi. Szczelina i ¶cie¿ki na p³ycie powinny byæ ustawione równolegle. U¿ycie tylko niewielkiej czê¶ci p³yty CD powoduje, ¿e niezbêdne jest - ze wzglêdu na ma³± jasno¶æ przyrz±du - przeprowadzanie pomiarów w ciemnym
pomieszczeniu. Widma obserwujemy na pó³przezroczystym ekranie (np. kalce technicznej) umieszczonym w du¿ym pudle, co ma na celu unikniêcie padania ¶wiat³a rozproszonego (rys.1).
Odleg³o¶æ p³yty CD od ekranu wynosi ok. 10 cm, za¶ lampy od p³yty ok. 15 cm. Dla zwiêkszenia intensywno¶ci pr±¿ków dyfrakcyjnych niezbêdne jest u¿ycie soczewki skupiaj±cej w punkcie S.
Obserwacje mo¿na przeprowadziæ tak¿e "go³ym okiem" patrz±c bezpo¶rednio na p³ytê; intensywno¶æ kolorów jest du¿o lepsza, ni¿ w przypadku pud³a. Sposób ten mo¿na zaleciæ uczniom jako eksperyment domowy. Separacja poszczególnych linii za pomoc± "pud³a" jest mniej wyra¼na, ale ³atwiejsza do przeprowadzenia w klasie.
Na rys.2-5 przedstawiono widma ró¿nego typu ¼róde³ ¶wiat³a. Stosunkowo ³atwe s± eksperymenty z ¿arówkami: termiczn± i energooszczêdn±. U¿ycie ¿arówek ulicznych wymaga pewnej ostro¿no¶ci - maj± na ogó³ wiêksze oprawki i wymagaj± dodatkowych uk³adów zap³onu. S± równie¿ wiêkszej mocy (150-400 W) i silnie siê grzej±.
Widma przedstawione na rys.2-5 otrzymane zasta³y za pomoc± spektrometru profesjonalnego. W uk³adzie pomiarowym wykorzystano monochromator SMP-2 (Carl Zeiss Jena) oraz fotopowielacz EMI 9558B. Wad± u¿ytego powielacza jest niska czu³o¶æ w zakresie powy¿ej d³ugo¶ci fali l = 700 nm oraz silna zale¿no¶æ tej czu³o¶ci od d³ugo¶ci fali dla mniejszych warto¶ci l. Z tego powodu przedstawione widma ograniczaj± siê do 670 nm. Pomimo to, s± one pomocne w analizie obrazów otrzymanych za pomoc± p³yty CD, szczególnie z uwagi na mniejsz± czu³o¶æ oka ludzkiego w zakresie fioletu.
Dla ¿arówki termicznej (rys.2) obserwujemy widmo ci±g³e z szerokim maksimum natê¿enia rozci±gaj±cym siê w kierunku czerwieni (l>600 nm). Obliczenia z prawa Wiena wskazuj±, ¿e rzeczywiste maksimum dla temperatury w³ókna równej 3000 K jest osi±gane w oko³o 900 nm, czyli w zakresie podczerwonym. Oczywi¶cie - przy obserwacji widma za pomoc± p³yty CD - okre¶lenie po³o¿enia maksimum natê¿enia jest trudne. Ponadto, nawet w widmach uzyskanych za pomoc± spektrometrów profesjonalnych, maksimum mo¿e le¿eæ w nieco innym miejscu ze wzglêdu na nieliniow± charakterystykê widmow± u¿ytego fotopowielacza, niedoskona³o¶æ drutu wolframowego jako cia³a doskonale czarnego oraz ze wzglêdu na efekty absorpcji ¶wiat³a, np. w szkle ¿arówki. Na rys.2 linia 1 przedstawia oryginalne widmo zmierzone, a linia 2 - widmo poprawione z uwagi na nieliniow± charakterystykê uk³adu pomiarowego. Linia 3 przedstawia rozk³ad teoretyczny natê¿enia u(l, T) z prawa Plancka dla temperatury 3000 K:
gdzie:
c - prêdko¶æ ¶wiat³a w pró¿ni, k - sta³a Boltzmana, h - sta³a Plancka, l - d³ugo¶æ fali, T - temperatura bezwzglêdna.
Tendencja do zastêpowania ¿arówek ¼ród³ami, w których wykorzystywane jest wy³adowanie w gazie, jest spowodowana g³ównie wzglêdami ekonomicznymi: w ¿arówce termicznej - dla temperatury ¿arnika oko³o 3000 K - 88% natê¿enia ¶wiat³a emitowanego przypada na podczerwieñ, (rys.2). Pomimo bogactwa widm atomowych wybór gazu do wy³adowania jarzeniowego jest do¶æ ograniczony. Wiele pierwiastków emituje g³ównie w zakresie nadfioletowym (np. wodór), nie ma dostatecznego ci¶nienia par (wiêkszo¶æ metali, za wyj±tkiem alkalicznych lub rtêci), jest toksycznych, drogich w uzyskaniu (ksenon), reaguje z elektrodami (halony) lub ma wysokie potencja³y jonizacji (hel, neon).
Okazuje siê, ¿e w wiêkszo¶ci typów nie¿arowych ¼róde³ ¶wiat³a podstawowym sk³adnikiem jest rtêæ. Widmo ulicznej lampy rtêciowej, praktycznie pokrywaj±ce siê w zakresie widzialnym z widmem lampy laboratoryjnej, jest przedstawione na rys.3. Za pomoc± p³yty CD mo¿liwe jest wydzielenie dwóch sk³adowych fioletowych (404,6 nm i 435,7 nm), silnej sk³adowej jasnozielonej (546,0 nm) i ¿ó³tej (577,0 nm i 579,1 nm) oraz do¶æ rozmytego widma w czerwieni, odpowiadaj±cego czterem s³abszym sk³adowym. W dodatkowych pomiarach dla ulicznej lampy rtêciowej wykonanych z wykorzystaniem innego fotopowielacza - typu M 12 FQC 5 - zmierzono d³ugo¶ci fal: 671,6; 690,7; 708,2 i 709,2 nm; niemo¿liwe jest jednak porównanie natê¿eñ absolutnych.
W przypadku ¿arówki energooszczêdnej firmy Philips 9 W SL Comfort uwa¿na obserwacja nawet "go³ym okiem" ukazuje kolor fioletowy, silny turkusowy, jasnozielony, do¶æ nieokre¶lony ¿ó³ty, silny jasnoczerwony i s³aby ciemnoczerwony. Brakuje koloru pomarañczowego i gamy kolorów niebieskich (rys.4). W porównaniu z widmem lampy rtêciowej pojawia siê silna linia oko³o 614,1 nm i szereg maksimów pomiêdzy 570 nm i 600 nm. Maksimum w pobli¿u linii 483 nm (turkusowe) ma pozornie ma³± wysoko¶æ, ale jest szerokie, przez co sca³kowane natê¿enie jest du¿e. Maksimum to pojawia siê w miejsce dwóch oddzielnych linii 491,6 nm i 499,1 nm w widmie rtêci. Poszerzenie jest przypuszczalnie spowodowane procesami tworzenia siê ekscymerów, czyli drobin dwuatomowych, z których jeden z atomów jest w stanie wzbudzonym. Widma ekscymerów s± widmami cz±steczkowymi, czyli posiadaj± strukturê wibracyjno-rotacyjn±. Lampy energooszczêdne - w porównaniu z lampami rtêciowymi - zawieraj± równie¿ atomy domieszek, np. linia 614,1 nm jest charakterystyczna dla baru. Dla u³atwienia zap³onu, kiedy ci¶nienie par metalu jest niskie, stosuje siê równie¿ domieszkê argonu: zimne lampy ¶wiec± na "buraczkowo" (696,5 nm i 706,7 nm).
Zauwa¿my, ¿e ¶rednia z d³ugo¶ci dwóch najsilniejszych linii lampy energooszczêdnej - wa¿ona za pomoc± ich natê¿enia - daje d³ugo¶æ fali 575 nm, czyli warto¶æ zbli¿on± do maksimum natê¿enia w widmie s³onecznym. Wyja¶nia to, dlaczego ¿arówka energooszczêdna do¶æ dobrze imituje ¶wiat³o s³oneczne. Dok³adne porównanie widm na rys.2 i rys.4 wskazuje na istotne ró¿nice z ¿arówk± termiczn±. Przyk³adowo: stosunek zsumowanych natê¿eñ w zakresach widmowych 550-650 nm (od barwy jasnoczerwonej do zielonej) do sumy natê¿eñ w zakresie 400-550 nm maj± siê jak 2:3 dla ¿arówki termicznej i jak 1:4 dla ¿arówki energooszczêdnej. Jednocze¶nie - dla tej ostatniej - brakuje niektórych kolorów w widmie. Oznacza to, ¿e wra¿enia chromatyczne s± ró¿ne dla tych dwóch ¼róde³ ¶wiat³a. Poniewa¿ kolory czyste wystêpuj± rzadko i reemisja ¶wiat³a z powierzchni cia³ sta³ych jest procesem prowadz±cym do "mieszania" d³ugo¶ci fal, mo¿liwe s± tylko do¶wiadczenia subiektywne. Mo¿na np. (stosuj±c dwie ró¿ne ¿arówki) poprosiæ uczniów o okre¶lenie, który z kartoników: czerwony czy jasnoniebieski, jest ja¶niejszy. O ile uda siê nam dobraæ w³a¶ciwie kolory kartoników, odpowiedzi dla ¿arówki termicznej i energooszczêdnej bêd± siê ró¿niæ. Do¶æ wyra¼ne ró¿nice obserwuje siê te¿ dla kolorów mieszanych np. br±zowego.
Dla ¶wietlówki (Polam, LF 8W/2) obserwowane linie widmowe na rys.5 zasadniczo pokrywaj± siê z liniami rtêci. Wyja¶nienia wymagaj± szerokie "garby" w pobli¿u maksimów emisji. W widmie laboratoryjnej (kwarcowej) lampy rtêciowej wystêpuj± wysokoenergetyczne ultrafioletowe linie 253,6 nm i 184,9 nm, niewidoczne dla oka, nieprzepuszczalne przez szk³o i szkodliwe dla skóry ludzkiej. W zwi±zku z tym, aby efektywnie wykorzystaæ ca³e widmo emisji, na wewnêtrznych ¶ciankach lampy jarzeniowej u¿ywa siê luminoforów. Pó³przepuszczalna warstwa - wzbudzana krótsz± d³ugo¶ci± fali - emituje w zakresie fal d³u¿szych i daje ci±g³e t³o, w pewnym stopniu przypominaj±ce widmo ¿arówki termicznej. Nawet przy obserwacji CD "go³ym okiem" w ¶wietle lampy jarzeniowej widaæ wyra¼nie zlewaj±ce siê kolory w zakresie od barwy ¿ó³tej do czerwonej.
W laboratoryjnych lampach sodowych - w których wy³adowanie zachodzi pod niskim ci¶nieniem rzêdu 100 Pa - obserwuje siê jedynie kolor ¿ó³ty: dwie bardzo blisko siebie po³o¿one linie (589,0 i 589,5 nm) odpowiadaj±ce przeskokowi zewnêtrznego elektronu ze stanu wzbudzonego 3p do stanu podstawowego 3s. ¦wiat³o dalekich lamp sodowych - szczególnie przy lekkim zamgleniu - daje wra¿enie, ¿e jest "cêtkowane". Wi±zka takiego ¶wiat³a jest prawie monochromatyczna i równoleg³a. W efekcie na siatkówce oka powstaje obraz interferencyjny, jak w przypadku ¶wiat³a laserowego.
Dok³adna analiza widma ulicznej lampy sodowej (rys.6)daje inny obraz, ni¿ dla lampy laboratoryjnej: w miejsce jednej linii pojawia siê szerokie maksimum, z "dziur±" po¶rodku. Wy³adowanie w lampie ulicznej zachodzi pod znacznie wy¿szym ci¶nieniem, ni¿ w lampie laboratoryjnej, przez co procesy zderzeñ miedzy atomami i auto-absorpcji linii rezonansowej 589 nm s± silne. W efekcie obserwuje siê równie¿ inne linie sodu jak i domieszek, np. linie 404,6 i 435,8 nm atomów rtêci. Linie rtêci s± jednak zbyt s³abe, aby mog³y byæ zaobserwowane za pomoc± spektroskopu CD - w widmie brakuje koloru fioletowego.
Spektroskop CD pozwala równie¿ na ilustracjê zasady sk³adania barw. Barwy w kineskopach kolorowych powstaj± na zasadzie mieszania addytywnego trzech barw podstawowych: czerwonej, zielonej i niebieskiej (RGB - Red, Green, Blue). Ka¿dy punkt ekranu sk³ada siê z trzech elementów pokrytych luminoforem, który po uderzeniu w niego elektronu z dzia³a elektronowego lampy kineskopowej ¶wieci na czerwono, zielono lub niebiesko. Je¶li do takiego punktu ekranu elektrony nie docieraj±, pozostaje on czarny; je¶li za¶ elektrony padn± na wszystkie elementy luminoforu, to w wyniku z³o¿enia barw otrzymamy ¶wiat³o bia³e. Poprzez ró¿ne kombinacje ilo¶ci padaj±cych na okre¶lony luminofor elektronów, a co za tym idzie - natê¿enie emitowanego ¶wiat³a, mo¿emy otrzymaæ nieskoñczon± liczbê barw; jedynym ograniczeniem s± tutaj mo¿liwo¶ci karty grafiki.
Za pomoc± p³yty CD mo¿na zaobserwowaæ, w jaki sposób tworzone s± barwy na ekranie monitora komputerowego. W tym celu musimy na mo¿liwie du¿ej czê¶ci ekranu stworzyæ jednobarwn± p³aszczyznê. W przypadku Windows 95 jest to najprostsze do osi±gniêcia poprzez zmianê koloru t³a pulpitu. Nastêpnie nale¿y przys³oniæ ekran w ten sposób, aby widoczny by³ jedynie w±ski pasek ekranu (unikniêcie du¿ej ilo¶ci ¶wiat³a rozproszonego) i ustawiæ p³ytê CD równolegle do ekranu. Po znalezieniu odbitego obrazu paska na krawêdzi p³yty, obracamy p³ytê i szukamy linii widmowych. Dla przyk³adu: kolor ¿ó³ty jest z³o¿ony z linii zielonej i czerwonej. Oczywi¶cie obserwacjê nale¿y przeprowadzaæ w mo¿liwie ciemnym pomieszczeniu w celu unikniêcia przeszkadzaj±cego ¶wiat³a rozproszonego.
Zaznaczmy tu, ¿e kolory: czerwony, zielony i niebieski s± barwami podstawowymi w procesie analizy emisyjnej (jak w przypadku ekranu telewizora). W przypadku analizy absorpcyjnej (jak np. na palecie malarza) barwy podstawowe s± inne: ¿ó³ta, karmazynowa i turkusowa[1].
Za pomoc± spektroskopu CD mo¿na tak¿e pokusiæ siê o okre¶lenie ilo¶ciowe sta³ej siatki p³yty. W tym celu najlepiej u¿yæ taniego (od 20 z³) lasera wska¼nikowego. Lasery pó³przewodnikowe - na których s± one oparte - ¶wiec± w zakresie d³ugo¶ci fali zazwyczaj 690 nm, ale s± równie¿ produkowane lasery o innych d³ugo¶ciach fali, np. 655 nm lub 670 nm [2]. S± one zbudowane na odpowiednio domieszkowanym pó³przewodniku InGaP lub InGaAlP . Rozrzut warto¶ci d³ugo¶ci fali zale¿y od szczegó³ów procesu technologicznego przygotowania pó³przewodnika. Dla pomiaru sta³ej siatki z laserem nie ma konieczno¶ci u¿ycia soczewki skupiaj±cej (rys.7) - obserwujemy pr±¿ki dyfrakcyjne 1-go i 2-go rzêdu, z trudno¶ci± 3-go rzêdu.
Pomiar odleg³o¶ci miêdzy badan± lini± i widmem zerowego rzêdu oraz odleg³o¶ci p³yty CD od ekranu l pozwala na obliczenie k±ta a, a id±c dalej (z równania siatki: l=n·
d· sina, gdzie: n - rz±d widma) na wyznaczenie sta³ej siatki d. W alternatywie - przyjmuj±c sta³± siatki jako 1,6 mm (dane producentów p³yt CD) - mo¿na zmierzyæ nieznan± d³ugo¶æ fali. , np. dla ulicznej lampy sodowej. Dok³adno¶æ pomiaru za pomoc± spektrometru - jak na rys.1 - jest rzêdu 10%.
Za pomoc± spektroskopu z p³yt± CD mo¿na równie¿ sprawdziæ jako¶ciowo prawo przesuniêæ Wiena, dotycz±ce zmiany po³o¿enia maksimum natê¿enia widma cia³a doskonale czarnego w zale¿no¶ci od jego temperatury: lmax T=b , gdzie b= 2897 nm K.
Do do¶wiadczenia potrzebne bêd± ¿arówka i autotransformator lub szeregowo po³±czone ¿arówki o ró¿nych mocach, co pozwoli uzyskaæ ró¿ne temperatury ¿arników. Przy zasilaniu ¿arówki 100 W napiêciem sieciowym 220 V temperatura ¿arnika (rys.2) wynosi oko³o 3000 K. Zmniejszenie temperatury w³ókna wolframowego powoduje przesuwanie siê maksimum natê¿enia widma ci±g³ego od ¿ó³to-zielonego (przy najwy¿szym napiêciu) do ciemnoczerwonego (przy ni¿szych napiêciach). Efekt ten jest widoczny przy obserwacji widma "go³ym okiem". Mo¿na zauwa¿yæ, ¿e przy zmniejszaniu napiêcia "znika" najpierw niebieska czê¶æ widma, czyli maksimum przesuwa siê w kierunku fal czerwonych. Przy obserwacji widma na ekranie efekt ten jest bardzo trudny do uchwycenia. Warto porównaæ równie¿ ¶wiat³o ¿arówki z widmem ¶wiat³a s³onecznego (temperatura charakterystyczna 5780 K) lub widmem bezchmurnego nieba (¶wiat³a s³onecznego rozproszonego w atmosferze). Dla uzyskania lepszego obrazu nale¿y przys³oniæ okno pozostawiaj±c szczelinê lub ma³y otwór. Kolor nieba jest wynikiem silniejszego rozpraszania ¶wiat³a o krótkich d³ugo¶ciach fal, ni¿ ¶wiat³a w zakresie czerwieni i podczerwieni. Mimo to, w ¶wietle nieba kolor czerwony jest do¶æ intensywny: w zakresie czerwonym emituj± drobiny tlenu ze stanów wzbudzonych 1Dg i b2Sg+.
Subiektywna ocena "jako¶ci" ¼ród³a ¶wiat³a obejmuje jeszcze jedno zjawisko fizyczne: têtnienia natê¿enia ¶wiat³a. Têtnienia takie s± nieobserwowalne w przypadku zwyk³ej ¿arówki z uwagi na jej bezw³adno¶æ termiczn±. S± natomiast ³atwe do zauwa¿enia w przypadku "nadpalonych" ¶wietlówek, które zapalaj± siê nieregularnie, szczególnie w fazie nagrzewania siê. Dla zbadania, czy têtnienia takie wykazuj± te¿ sprawne ¶wietlówki, wystarczy skorzystaæ z prostego stroboskopu w postaci jakiegokolwiek wiatraczka, najlepiej czarnego. Mo¿e to byæ np. wiatraczek ch³odzenia procesora lub zasilacza komputera PC, lub jakikolwiek szybkoobrotowy wiatrak pokojowy. Obserwuj±c taki wiatrak w fazie spowalniania obrotów (po wy³±czeniu z sieci lub np. po wprowadzeniu w ruch za pomoc± podmuchu) ³atwo zauwa¿yæ efekt stroboskopowy. Wiatrak zdaje siê w pewnej chwili stawaæ, a nastêpnie obracaæ w przeciwn± stronê. Im mniejsze s± opory tarcia (wolniejszy proces zatrzymywania siê), tym efekt jest ³atwiejszy do zaobserwowania. Obserwacje nale¿y przeprowadzaæ w pokoju zaciemnionym.
Efekt stroboskopowy obserwuje siê w momencie, kiedy czêstotliwo¶æ f obrotów wiatraka jest równa stosunkowi czêstotliwo¶ci têtnieñ ¼ród³a ¶wiat³a F (np. 100Hz) do liczby skrzyde³ wiatraka n (f=F/n). Efekt obserwuje siê kilkakrotnie w trakcie zatrzymywania siê wiatraka i tylko w ¶wietle jarzeniówki oraz mniej wyra¼ny w ¶wietle ¿arówki energooszczêdnej.
Z do¶wiadczeñ z wykorzystaniem p³yty CD jako odbiciowej siatki dyfrakcyjnej wynika, ¿e p³yta ta mo¿e s³u¿yæ do przedstawienia w sposób jako¶ciowy ró¿nych rodzajów widm wybranych ¼róde³ ¶wiat³a. Informacja ma równie¿ charakter praktyczny: ³atwo zauwa¿yæ, ¿e w widmie lampy energooszczêdnej brakuje kolorów: niebieskiego i ¿ó³tego, rtêciowej - turkusowego, sodowej - s³absze natê¿enie maj± linie fioletowe. Spektroskop CD mo¿e równie¿ byæ wykorzystany do jako¶ciowej prezentacji prawa przesuniêæ Wiena. W æwiczeniach laboratoryjnych mo¿e s³u¿yæ do wyznaczania d³ugo¶ci fali ¶wiat³a monochromatycznego przy znanej sta³ej siatki lub wyznaczania sta³ej siatki przy znanej d³ugo¶ci fali. Do¶wiadczenia mo¿liwe s± do wykonania skromnym nak³adem ¶rodków, praktycznie w ka¿dym gimnazjum.
Obserwacja "go³ym okiem" lampy rtêciowej bez szklanego klosza - podobnie jak ³uku spawalniczego - mo¿e doprowadziæ do oparzenia siatkówki oka. Uliczne lampy rtêciowe i sodowe s± zasilane przez uk³ady elektryczne zawieraj±ce startery i tyrystory dla zapocz±tkowania wy³adowania i stabilizacji jego pr±du. (W lampie energooszczêdnej zminiaturyzowany uk³ad tego typu znajduje siê w zgrubieniu przy gwincie). W pracowni szkolnej uk³ad dla lampy rtêciowej mo¿na zast±piæ w³±czaj±c szeregowo z lamp± jakiekolwiek urz±dzenie elektryczne o oporno¶ci rzêdu kilkudziesiêciu omów, np. ¿elazko o mocy 500-1000 W, najlepiej bez termostatu. Rozgrzana i zgaszona lampa rtêciowa musi wystygn±æ przed kolejnym zapaleniem. W uk³adzie zasilania lampy sodowej nale¿y wykorzystaæ tyrystorowy uk³ad zap³onowy ZS-400 ZE Elkar P³oñsk i statecznik typu STR 400-000 ELGO. Nale¿y zabezpieczyæ uczniów przed mo¿liwo¶ci± pora¿enia pr±dem lub oparzenia gor±cymi ¿arówkami.
This article is largely based on paper: "Spectra of Three Light Sources with a CD" by V.Zanetti and J. Harris [3]. Use of CD for observation of light difraction has been proposed on the exhibition "Physics and Toys" organized in Poland by WSP S³upsk and Dipartimento di Fisica, Universitá di Trento. Authors thank in particular to prof. Zanetti for many kind explanation and all the help in organizing "Physics and Toys" exhibition in Poland.
