Svetlobni zavitek

Meritve

Opazovali smo lom žarka pri prehodu skozi segret zrak. Zanimalo nas je, kako se žarek lomi, ko ga pošljemo skozi različno segrete zračne pregrade. Pri merjenju smo uporabljali električno grelno ploščo, ki je grela zrak, skozi katerega smo poslali laserski snop. Segret zrak nad ploščo se dviga in izmenjuje toploto z okolico, pri čemer se hladi. Pri meritvah smo opazili migetanje naše točke, kar smo pripisali neenakomernemu mešanju zraka, zaradi katerega se je temperaturni profil spreminjal. Nemirnost točke smo poizkusili zmanjšati s povprečenjem njenega položaja (povprečenje smo izvedli kar "na oko"), da smo dobili ustrezene podatke. Za natančnejše meritve bi si lahko pomagali s kamero. Za lažjo interpretacijo podatkov smo predpostavili da je radialni temperaturni profil nad ploščo konstanten in se temperatura spreminja zgolj z višino.

Meritve odvisnosti od valovne dolžine

Za meritve smo uporabljali 2 laserja z močjo <1mW (moč in valovno dolžino laserja smo prebrali iz podatkov na laserskem kazalcu):

  • rdečega - valovna dolžina 632 nm
  • zelenega - valovna dolžina 532 nm

Meritve smo opravili tik nad ploščo, kjer je efekt loma največji, lom smo opazili v obratni smeri temperaturnega gradienta (navzgor):

V okviru naše napake, nismo izmerili razlike v lomu med zelenim in rdečim laserjem, vendar pa smo zaradi boljše zbranosti žarkov izbrali rdeč laser (premer zelenega na zaslonu 25 metrov od izvora ≈ 2 cm ; premer rdečega ≈ 1.5 cm)

Meritve odvisnosti od temperature

Za meritev smo uporabili laser z valovno dolžino 632 nm. Laserski snop smo poslali čez segret zrak nad ploščo in označili približni povprečni položaj pike na 25m oddaljenem zaslon ter odčitali temperaturo nad ploščo. Temperaturo nad ploščo smo merili na približni višini prehoda laserskega žarka čez ploščo s termočlenom. Pred meritvami smo izmerili nično lego(ploščo smo umaknili daleč stran od laserskega snopa), dvigovanje laserja pa smo prišteli skupni meritvi na zaslonu, vendar pa so bili premiki zelo majhni (<1cm) glede na našo ostalo napako (povprečevanje lege pike na zaslonu, merjenje temperature zgolj v eni točki, na približni višini). po koncu meritve smo spet umaknili ploščo in primerjali razliko od nične lege, da smo preverili če se med meritvijo laser ni premaknil več kot smo ga premaknili na stojalu. Razlika med premikom stojala in premikom laserja na zaslonu je bila ≈ 3% . Lomni kot smo izračunali s pomočjo razmerja med oddaljenostjo plošče od zaslona in razmikom med nično lego pike in povprečno lego pike, po prehodu laserja čez segret zrak, na zaslonu. Izmerili smo tudi sobno temperaturo, saj nas je zanimala temperaturna razlika med segretim zrakom skozi katerega je šel laser in temperaturo okoliškega zraka.

Graf 1: Lomni kot merjen v smeri navzgor v odvisnosti od temperaturne razlike med zrakom na hodniku in zrakom nad ploščo.

Merjenje temperature je bilo dokaj nenatančno, vendar sama temperaturna razlika z okolico ni odgovorna za spreminjanje smeri žarka laserja, pomembna je sprememba temperature z višino v zraku nad ploščo(gradient temperature), zaradi česar se lomni količnik zraka zvezno spreminja v smeri gradienta, kar pripelje do loma žarka.

Merskim točkam smo prislonili premico skozi izhodišče (pri sobni temperaturi 0 ne izmerimo odmika na zaslonu) z naklonom 0.0024° (K-1) · T.

Graf 2: Izmerjeni podatki s premico skozi izhodišče, ki se jim najbolje prilega.