CD spektroskop

Popatrz na odbijające się od płyty CD światło lampy. Widzisz kolory tęczy?

Białe światło (jak światło słoneczne) odbite od zwykłej płyty CD rozszczepia się na różne barwy. Dzieje się tak, ponieważ na płycie CD nacięta jest tak duża liczba rowków i o tak małej szerokości, że zobaczenie ich gołym okiem jest niemożliwe. Światło na rowkach ugina się, jednak każdy kolor nieco inaczej.
Rozszczepienie jest podobne jak w kroplach wody w czasie deszczu, chociaż w tym wypadku powstaje ono z innego powodu.

Zrób takie doświadczenie: wieczorem zapal w pokoju lampę. Ustaw się tyłem do lampy, a w wyciągniętej ręce trzymaj płytę CD. Obracaj teraz płytę tak, aby zobaczyć odbicie lampy. To jest światło odbite. Kontynuuj obracanie płyty, aż zobaczysz tęczę. To jest światło "ugięte". Po kolei widać kolor fioletowy, później niebieski, na końcu czerwony. Inaczej się ugina światło czerwone, a inaczej niebieskie. Wszystkiemu winne są te maleńkie rowki, na których padające światło ulega ugięciu, czyli dyfrakcji.


Widmo świetlówki energooszczędnej

W zależności od źródła światła można zaobserwować różne kolory. W świetle słonecznym lub lampy żarowej widzimy wszystkie barwy tęczy (zdjęcie pierwsze z lewej), a dla świetlówki energooszczędnej lub lampy rtęciowej barwy są "niekompletne".

A nawet w świetle niebieskiego "nieba" brak niektórych kolorów (zdjęcie powyżej).

Widmo światła białego Widmo świetlówki energooszczędnej
Tęcza podwójna

Jeśli będziesz nadal obracał płytę w tym samym kierunku, to zobaczysz tęczę jeszcze raz. Jak na tym zdjęciu obok.

Płytę CD można potraktować jak odbiciową siatkę dyfrakcyjną. Stała tej siatki odpowiada odległości miedzy ścieżkami z zapisaną informacją (lub jeszcze nie zapisaną - czysta płyta również rozszczepia światło). W ten sposób, padający promień światła "odbija" się, a właściwie rozprasza, na równo ułożonych przeszkodach, jak fala na jeziorze od palików pomostu. Przy użyciu światła lasera o znanej długości fali można wyznaczyć stałą siatki dyfrakcyjnej. Światłem lasera oświetlamy płytę CD. Na ścianie powstaje obraz dyfrakcyjny w postaci prążków. Bardzo wyraźne są prążki zerowego i pierwszego rzędu.

Aby wyznaczyć stałą siatki należy zmierzyć odległość między płytką a ekranem - l, oraz odległość między prążkami pierwszego rzędu a prążkiem zerowym - x. Z otrzymanych długości odcinków należy wyznaczyć sinus kąta λ, a z wzoru siatki dyfrakcyjnej dla prążków pierwszego rzędu (k=1) stałą siatki d:

Stała siatki

W ten sposób płyta CD może być użyta do analizy tzw. widma światła emitowanego przez różne źródła.

CD jako spektrometr

Istnieje szereg sposobów bezpośredniego wykorzystania płyty CD jako analizatora widma. Intensywność kolorów przy obserwacji różnych źródeł światła - nawet w obecności rozproszonego oświetlenia dziennego - jest zadziwiająca. Dzieje się tak, ponieważ obserwacja odbywa się w świetle odbitym, a nie przechodzącym - jak w przypadku pryzmatu - i kolory obserwuje się bez ciągłego, jasnego tła. Żarowe źródło światła daje oczywiście widmo ciągłe. Obserwacje można przeprowadzić np. stając tyłem do lampy pokojowej w odległości 2-3 metrów i trzymając płytę w wyciągniętej ręce, nieco powyżej oczu. Najpierw należy pochylić płytę wzdłuż osi poziomej, tak aby na jej górnej części ujrzeć odbicie żarówki. Następnie należy pochylać górną krawędź do siebie, aż do ujrzenia pierwszego rzędu dyfrakcji.

Można też zbudować konstrukcję pomocniczą jak na rysunku po lewej stronie.


Odbiciowe siatki dyfrakcyjne są jednym z podstawowych elementów dyspersyjnych (rozszczepiających światło) używanych do rejestracji widm w emisyjnej spektroskopii optycznej.

Jeśli chciałbyś obejrzeć widma emisyjne 99 pierwiastków to wypróbuj program Spektruś, autorstwa Mikołaja Pytela. Program ten przedstawia spektrogramy widm emisyjnych w zakresie od ultrafioletu (UV) do podczerwieni (IR).

Zakres widzialny światła białego (VIS)
Spektrogram niezjonizowanego atomu rtęci
Spektrogram niezjonizowanego atomu neonu

Na wykresie obok pokazano widmo świetlówki energooszczędnej widziane "oczami" spektrometru uzbrojonego w siatkę dyfrakcyjną o stałej a=0,8mm, w zakresie długości fali świetlnej λ=300-610 nm. W górnej części rysunku pokazano graficzne przedstawienie widma (spektrogram), a na wykresie naniesiono długości zidentyfikowanych linii atomowych par rtęci oraz neonu




Arykuły: Proste doświadczenia ze źródłami światła
Patrz także: inne zabawki, pojęcia i zjawiska związane:
Odbicie światła: Bąbelkowa kula | Bączek a la Monet | Kalejdoskop | Lustro czy okno? | Lusterko na wszystko | Miraż (fatamorgana) | Młynek Croksa | Mydlane bańki | Okulary kierowcy | Peryskop | Pingwiny | Piramida Swarowskiego | Różowe okulary | Salon fryzjerski | Sfera Swarowskiego | Skarbonka iluzjonisty | Spojrzenie w dal | Światło-przewody | Trójwymiarowy kozioł | Złota wieża
Dyfrakcja i interferencja światła: Mydlane bańki | Okulary chromatyczne | Okulary przeciwsłoneczne
Widma: Błękit nieba | Mydlane bańki | Świetliki | Fałszywe banknoty | Okulary chromatyczne | Okulary przeciwsłoneczne | Świetliki