Feladat: 240. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Ambrózi Gergely ,  Juhász Anikó ,  Rakyta Péter ,  Szabó Áron ,  Szakál Alex ,  Szilágyi Péter ,  Varga Zoltán ,  Vigh Máté 
Füzet: 2003/május, 314 - 315. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Fénytani (optikai) mérés, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2003/február: 240. fizika mérési feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Megoldás. A mérés során felhasznált LED-ek többsége alkatrészboltban vásárolt eszköz volt, de előfordultak más megoldások is. Juhász Anikó (Eger, Gárdonyi G. Gimn., 12. évf.) pl. karácsonyfa égőket vizsgált, Komjáthy Júlia (Szekszárd, Garay J. Gimn., 12. évf.) pedig egy kerékpárvillogóból szerelt ki egy fénykibocsátó diódát. Valamennyien vigyáztak arra, hogy a LED-ek burkolata átlátszó (víztiszta tokozatú, water clear) legyen. Az optikai rácsok és egyéb felszerelések (optikai pad, lencsék, tartók stb.) általában az iskolai szertárakból kerültek elő. Többen kételkedtek a rácson feltüntetett karcolatszám valódiságában, ezért előzetesen ismert hullámhosszúságú lézerfénnyel hitelesítették azt; így járt el Soós Gábor (Kiskunhalas, Bibó I. Gimn., 12. évf.) és Komjáthy Júlia is. A legtöbben maguk állították össze a LED működtetéséhez szükséges áramkört: egy ellenállást sorba kötöttek a LED-del és a 3 V-nál nagyobb feszültségű áramforrással (pl. 2 db 1,5 V-os ceruzaelemmel).
A legnagyobb problémát valamennyi mérő számára az okozta, hogy a LED-ek igen kicsi fényerőssége miatt a rácson történő elhajlás okozta interferenciakép egy nem túl távoli ernyőn még a legjobban elsötétített szobában is csak igen gyengén volt látható. Többféle ,,elmés'' megoldás is született arra, hogy a LED által kibocsátott fény minél nagyobb részét párhuzamosítva rávetítsék az optikai rácsra. Íme néhány ezek közül:
Szilágyi Péter (Debreceni Egyetem Kossuth L. Gyak. Gimn., 11. évf.) egy kb. 20 cm hosszú alumínium csővel ,,párhuzamosította'' a cső egyik végébe helyezett LED fényét.
Ambrózi Gergely és Varga Zoltán (mindketten a monori József A. Gimn. 11. évfolyamos tanulói, de különböző a mérésük) optikai padon elhelyezett lencsék segítségével állítottak elő elég párhuzamos és erős LED-fényt.
Juhász Anikó és Szakál Alex (Bp., ELTE Apáczai Csere J. Gyak. Gimn., 11. évf.) egy vetítőgép izzójának helyébe szerelték be a LED-et, így a vetítő kollimátor lencséi végezték el a párhuzamosítási feladatot.
Szabó Áron (Debrecen, Fazekas M. Gimn., 11. évf.) a LED mint fényforrás és az ernyő közé úgy helyezett el egy gyűjtőlencsét, hogy az ernyőn megjelenjen a LED valódi képe. A rácsot a lencse mögé helyezve az ernyőn jól látható és mérhető interferenciaképet kapott.
Vigh Máté (Pécs, Babits M. Gyak. Gimn., 11. évf.) egy kis törőképességű gyűjtőlencsével gyűjtötte össze a lencse fókuszsíkjában az optikai rácson elhajló fényt (ún. Fraunhofer-elrendezés).
Rakyta Péter (Révkomárom, Selye J. Gimn., 11. évf.) hosszú expozíciós idővel fényképezve próbálta rögzíteni az interferenciaképet, de ez csak a vörös színű LED esetében sikerült. Bevallása szerint elég mulatságos volt olyasvalamit fényképezni, amit nem is látott, pedig 3 diódát is használt egyszerre, párhuzamosan kapcsolva őket.
A különböző színű LED-ek által sugárzott fény hullámhosszát, illetve hullámhossz-tartományát valamennyi versenyző az elsőrendű (esetleg magasabb rendű) maximumoknak a központi (nulladrendű) maximumtól mért távolságából számították ki (a rácsállandó és a rács‐ernyő távolság ismeretében). Csakhogy az ernyőn látható interferencia-maximumok nem pontok, hanem többé-kevésbé nyújtott foltok, amint azt többen, pl. Vigh Máté is vázolta. Ha a fénynyalábban előforduló legkisebb hullámhosszúságú fény elsőrendű maximuma a nulladrendűtől Δmin távolságra van, a legnagyobb hullámhosszúságúé pedig Δmax-ra, akkor ezen értékeket megmérve λmin és λmax meghatározható. Szabó Áron mérési adatai szerint a zöld LED fényének hullámhossza 550 és 630 nm közé esik, a piros LED-re 598 és 686 nm, a sárgára pedig 562 és 640 nm a hullámhosszak határa. A mérés során fellépő hibaforrások közül a spektrum elmosódottsága a leglényegesebb. A fő spektrális összetevőtől távolodva a fény intenzitása csökken, nehéz megállapítani a színkép szélét. Szilágyi Péter a szögmérés közvetlen hibáját 0,1 fokra becsülte, a LED domináns spektrum-komponensének hullámhossz-bizonytalanságát kb. 10 nm-nek, míg a spektrum kiszélesedésének abszolút hibáját 20 nm nagyságrendűnek adta meg.