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I valori delle lunghezze d’onda e delle relative intensità luminose sono poi immagazzinati in una memoria interna che è leggibile da un personal computer collegabile attraverso una “porta USB”. I dati possono anche essere copiati su un foglio EXCEL per ulteriori analisi. calibrazione con dati lampada a 220 V Rispetto al semplice fotodiodo utilizzato nell’esperimento 2 precedente, il rivelatore ha lo svantaggio di non avere una 1,8 risposta uniforme in funzione della lunghezza d’onda: è quindi 1,6 necessario correggere i dati con una “curva di calibrazione” per 1,4 1,2 avere la risposta corretta. 1 La curva di calibrazione, determinata con una lampada a 0,8 incandescenza, è riportata in figura. La costante di calibrazione 0,6 è stata posta arbitrariamente uguale a 1 a 700 nm. Come si 0,4 0,2 vede, la CCD ha un’efficienza di rivelazione maggiore di uno 0 fra 450 nm e 700 nm, mentre è meno efficiente alle lunghezze 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 lunghezza d'onda (nm) d’onda inferiori (blu e violetto) e superiori (infrarosso). Materiali Spettrofotometro: sonda, cavo con fibra ottica, “scatola” di analisi dello spettro Personal computer e cavo con connettore USB per collegamento allo spettrofotometro Reticolo di diffrazione e prisma per disperdere lo spettro LED di diverso colore, lampada a incandescenza, luce solare Che cosa fare Con lo spettrofotometro collegato al PC, puntare la sonda a diverse sorgenti; osservare e interpretare lo spettro. Osservazioni suggerite: - spettro di un LED: osservare la lunghezza d’onda a cui si verifica il picco e la sua larghezza; - spettro della lampada a incandescenza disperso con il reticolo di diffrazione: posizionare la sonda in corrispondenza di diversi colori e verificare la corrispondenza fra il valore della lunghezza d’onda registrato dalla sonda e quello calcolato in base alle misure dirette e alla legge del reticolo; - spettro della lampada a incandescenza senza dispersione: confrontare lo spettro ottenuto con lo spettrofotometro con quello misurato nell’esperimento precedente; - spettro della luce solare possibilmente in diverse ore della giornata e/o diverse condizioni di copertura del cielo, per stimare la temperatura della superficie del Sole e valutare l’effetto dell’assorbimento nell’aria (vedi scheda di approfondimento sullo spettro solare). costante di calibrazione 10
Richiami e approfondimenti A1. Le onde “Accade sovente che l’onda si allontani dal suo punto di creazione, mentre l’acqua non si muove, come le onde create dal vento in un campo di grano, dove vediamo le onde correre attraverso il campo mentre il grano rimane al suo posto” Leonardo da Vinci Come si rileva dalla frase di Leonardo, nella nostra vita ci sono onde di ogni tipo: onde nell’acqua, “onde “ nel campo di grano (facendo attenzione però che questo tipo di perturbazione non è uguale a quello delle onde nell’acqua: non nasce da una sorgente, la perturbazione cessa quando il vento cessa), onde sismiche che si propagano nella terra….. La maggior parte delle onde possono essere descritte studiando sia il comportamento delle singole particelle sia la loro propagazione nel mezzo; facendo un’analogia potremmo dire che vogliamo studiare sia la foresta sia gli alberi che la costituiscono. Onde in due dimensioni: esperienze con un ondoscopio Le onde in due dimensioni sono le più facili da indagare perché sono direttamente visualizzabili essendo tipicamente onde superficiali. Per indagarne il comportamento si può utilizzare una vasca ad onde con sistema stroboscopio. Descriviamo alcuni esperimenti e i loro risultati. Strumentazione Vasca ad onde con sistema stroboscopio (ondoscopio, vedi fig. A1 ) Le onde vengono generate trasmettendo sulla superficie dell’acqua le variazioni di pressione dell’aria ottenute tramite le vibrazioni di una membrana eccitata da un’apposita unità di alimentazione: si ottengono onde trasversali sulla superficie dell’acqua. La frequenza delle onde di pressione è compresa tra 10 Hz e 80 Hz. Ampiezza e frequenza delle oscillazioni possono essere regolate a piacere. Per ottenere un’immagine stazionaria delle onde si utilizza una lampada stroboscopica sincronizzata con la frequenza del generatore che eccita la membrana. La vasca viene collocata sotto un proiettore in modo da visualizzare le onde con un formato maggiore: in tal modo le creste delle onde si comportano come lenti convergenti in grado di creare delle linee luminose che si possono osservare sullo schermo, mentre i ventri si comportano come lenti divergenti dando luogo alla formazione di linee più scure. Dove non c’è oscillazione si ha una luminosità intermedia. Le pareti della vasca sono inclinate per eliminare l’interferenza con le onde riflesse. Per ridurre le riflessioni di disturbo viene aggiunta una goccia di sapone liquido all’acqua. Il livello dell’acqua nella vasca deve essere di circa 5 mm. fig. A1 11
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