Építsünk spektroszkópot!
Zsigó Zsolt
2006/09/11 18:38
4935 megtekintés
A cikk már legalább egy éve nem frissült, az akkor még aktuális információk lehet, hogy mára elavultak.
Mai életünk szinte elképzelhetetlen lenne a színképelemzés gyakorlati alkalmazása nélkül. Ilyen módszerrel vizsgálják a vérünk koleszterinszintjét, ivóvizünk kémiai szennyezőinek koncentrációját, de még a távoli csillagok anyagának kémia összetevőit is.

Diszperziós elemnek válasszunk egy már nem használt, vagy elrontott CD-lemezt. A CD-lemez gyártási technológiájából tudható, hogy a barázdák 1,6 μm távolságra vannak egymástól. Egy CD-ből kivágott szelet így jó közelítéssel egy olyan diffrakciós rácsnak tekinthető, melynek rácsállandója 1,6 μm. Egy ilyen CD-darab párhuzamos fehér fénysugarakkal megvilágítva az összefüggés értelmében a fehér fényt (m=0 nulladrend ) tükör módjára, minden hullámhosszon azonos módon veri vissza. Az m=1 esetben (elsőrendű elhajlási színkép) a 650nm-es vörös összetevőt 23,9° alatt, míg a 450nm-es kék összetevőt pedig 16,3° alatt erősíti. Ezt kihasználva az ábrán látható módon megfelelő geometriájú dobozt készíthető. Ily módon elérhető, hogy a dobozba néző webkamera a nulladrendű fehér fényt még ne lássa, miközben az első rend közepének számító ( kb. 20,1°-ban ) eltérített 550nm-es zöld fény pont a webkamera érzékelő chipjének a közepére essék. A doboz anyagát készítsük matt fekete kartonpapírból, mert a karton egyrészt elég kemény ahhoz, hogy a doboz önhordó legyen, másrészt a matt fekete szín kiküszöböli a szórt fények reflexiójából adódó zavaró fényeffektusokat.

Ami a megépítést illeti, először töltsük le a sablon rajzát, majd másoljuk át egy fekete kartonpapírra. Vágjuk ki a dobozt a szabásmintának megfelelően. Vágjunk ki egy nagyobb ollóval egy CD-ből egy kb. 2cm x 3cm-es szimmetrikus darabot, majd ragasszuk a szabásmintán megadott helyre. A fehér fény számára a belépőrést borotvapengéből alakíthatjuk ki. Egy kisméretű laposfogóval törjük méretre a hagyományos borotvapengét, majd élével szembefordítva a pengedarabokat pillanatragasztóval ragasszuk be a sablonon kialakított helyre. A résszélességet kb. 0,2mm-re állítsuk be.

Csavarjuk ki a fél burkolatától megfosztott webkamerából az optikát, majd helyezzük be a kamera chipjének a nyakát a dobozban e célra kialakított kör alakú nyílásba. Tegyük vissza az optikát, hajtsuk össze a dobozt, de még ne ragasszuk össze. Mielőtt rögzítenénk a kamerát és összeragasztanánk a dobozt, próbáljuk ki a spektroszkópot. Csatlakoztassuk a kamerát az USB porton keresztül egy PC-hez, majd indítsuk el az AMCAP ingyenes programot. Fordítsuk egy fényforrás felé a spektroszkóp belépő rését, majd próbálgatásos módszerrel állítsuk élesre a spektrum képét a kamera lencséjének elforgatásával.

Ezt követően állítsuk be a kamera helyzetét is oly módon, hogy a számítógépen látható spektrum színei balról jobbra a program ablakára merőlegesen jelenjenek meg. Ezt követően pillanatragasztóval rögzítsük a kamera pozícióját, majd még egyszer állítsunk élességet. Ezt követően véglegesen zárjuk le a dobozt. Felmerülhet a kérdés, hogy milyen webkamerát építsünk be. A kísérleti készülékbe a Canon cég CN WCAM21 típusú kameráját építettük be, de megfelelő bármilyen könnyen szétszedhető, olcsó típus. Mivel az optikai felbontás sem jobb 1-2nm-nél, felesleges 600x800 képpontosnál nagyobb felbontású chippel rendelkező kamerát beépíteni. Így a spektrum egy-egy nanométere két, három képponton jelenik meg. Webkamerás spektroszkópunk segítségével különböző fényforrások fénye tanulmányozható a látható színképtartományban. Folytonos színkép előállítására a legalkalmasabb egy gyertya fénye.

A vizsgálathoz csatlakoztassuk a webkamerát a számítógépünk USB portjához. Indítsuk el az AMCAP programot. Nézzünk spektroszkópunkkal a dobozon jelölt irányból a gyertyára, a gyertyától kb. 5cm távolságból. Próbálgatással találjuk meg a legjobb minőségű spektrum képét. Ebben az esetben az ábrának megfelelő képet kell kapnunk. Amennyiben nem sikerülne az ábrán látható minőségű kép előállítása, állítsunk a webkameránk érzékenységén. Ezt az AMCAP program options/capture_filter/exprosure menüjéből, az automata beállítás tiltásával és az exprosure érték 20-30 közötti értékre állításával tehetjük meg.

Spektrálcsövek hiányában a vonalas színképekkel kompakt fénycsövek fényének vizsgálata közben ismerkedhetünk meg. A kereskedelemben előforduló számtalan típus közül olyat célszerű választani, amelyben a tápegység és a fénycső egybe van építve, így ennek megoldásával nem kell foglalkoznunk. Saját méréseimhez egy energiatakarékos asztali lámpát használtam.

Csatlakozz hozzánk!

Ajánljuk

European Schoolnet Academy Ingyenes online tanfolyamok tanároknak
School Education Gateway Ingyenes tanfolyamok és sok más tanárok számára
ENABLE pilot Program iskoláknak a bullying ellen
eBiztonság Minősítés Minősítési rendszer oktatási intézményeknek