Versuchsprotokoll Gitter / Spurabstand CD

Spurabstand einer CD




Datum: 13.07.2020
Gruppe: 3 (Di, 4.+5. Block)
Dozent: xxxxx
Name: xxxxxx
Studiengang: WI-Industrie
Matrikelnr.: xxxxxxx

, Einleitung und Theorie

In diesem Experiment geht es um die Bestimmung des Spurabstands einer
handelsüblichen CD. Hierbei wird mit Hilfe eines selbstgebauten
Spektrometers, einer Blende und einer Lichtquelle paralleles Licht auf die CD
gelenkt. Dieses Licht wird aufgrund der spiralförmigen Spuren auf der CD
gebrochen und man erhält somit das Spektrum der Lichtquelle auf dem
Schirm des Spektrometers. Die CD wird aufgrund ihrer, zur
Datenspeicherung aufgebrachten Spuren als optisches Gitter angesehen.
Ausgangspunkt für diesen Versuch ist eine parallele Wellenfront, die auf das
optische Gitter auftrifft. Nach dem Huygens Prinzip ist jeder Punkt auf dieser
Wellenfront ein Ausgangspunkt einer neuen Elementarwelle. Trifft sie auf das
Gitter, entsteht an jedem Spalt des Gitters eine neue Elementarwelle, die
sich hinter dem Gitter ausbreiten. Diese Elementarwellen überlagern sich
und es entsteht Interferenz. Bei der Interferenz wird unterschieden in
konstruktive Interferenz, hierbei verstärken sich die Wellen gegenseitig
(wenn z.B. Wellenberg auf Wellenberg trifft) und der destruktiven Interferenz,
bei der sich die Wellen auslöschen, wenn Wellenberg auf Wellental trifft. Die
Interferenz-Maxima sieht man auf dem Schirm dann als helle Punkte oder
Linien, die Interferenz-Minima erscheinen nur als dunkle Flecken zwischen
den Maxima der verschiedenen Ordnungen, da sich hier die Elementarwellen
auslöschen. Wenn man durch die Maxima der Interferenz eine Gerade
durchlegt, erkennt man z.B. beim Doppelspalt zwei „Strahlen“ die hinten auf
dem Schirm in einem Punkt auftreffen. Diese Strahlen bilden zusammen ein
Dreieck, welches bei der Betrachtung der 0. Ordnung ein gleichschenkliges
Dreieck ist. Mit Hilfe dieses Dreiecks erkennt man, dass beim Maxima der
0. Ordnung der Gangunterschied, also um welchen Betrag die Wellen
zueinander verschoben sind, gleich null λ beträgt. Wenn man jetzt das
Maxima 1. Ordnung links von der Mitte betrachtet, ist der rechte Schenkel
des Dreiecks genau um eine Wellenlänge λ länger als der andere Schenkel.
Diesen Längenunterschied nennt man Gangunterschied 𝛥𝑆. Bei der
Betrachtung weiterer Maxima beträgt der Gangunterschied immer ein
Vielfaches von der Wellenlänge λ (bei Maxima 3. Ordnung ist 𝛥𝑠 = 3 ⋅ 𝜆).

Wenn man den Versuch mit dem Sonnenlicht oder einer Glühbirne macht,
erhält man dann auf dem Schirm ein kontinuierliches Spektrum, bei einer
Energiesparlampe erhält man stattdessen ein Linienspektrum mit einzelnen
Linien. Diesen Unterschied kann man mit Hilfe des Bohrschen Atommodells
erklären. Wenn ein Elektron von einer Schale auf die nächste „springen“ will,
benötigt es eine ganz bestimmte Menge Energie, wenn es dann wieder
herunterfällt, emittiert es ein Lichtquant mit dieser bestimmten Energie,
welches wir dann als Licht wahrnehmen können. Jedes Atom hat
unterschiedlich hohe Energieniveaus, sodass jedes Atom ein anderes
Linienspektrum besitzt und man somit nur anhand einer Spektralanalyse
herausfinden kann, aus welchen Atomen z.B. ein Stern im Weltall besteht.
Wenn man jetzt z.B. eine Energiesparlampe für den Versuch benutzt, wird


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