รายงานวิจัย...
TRANSCRIPT
รายงานวจย
การสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด
Grating spectrometer using compact disc.
โดย
นสรนา เจะมะ
อามาน สามะ
นรซลา เละน
ไดรบทนอดหนนจากงบประมาณบ ารงการศกษาประจ าป 2559
มหาวทยาลยราชภฏยะลา
(1)
หวขอวจย การสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด ชอผวจย นสรนา เจะมะ อามาน สามะ นรซลา เละน คณะ/หนวยงาน สถาบนวจยและพฒนาชายแดนภาคใต มหาวทยาลย ราชภฏยะลา ปงบประมาณ 2559
บทคดยอ งานวจยนศกษา เรอง การสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด โดยมวตถประสงค
เพอออกแบบการสรางเกรตตงสปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด ทน ามาใชเปนสอการสอน โดยอปกรณในการทดลองครงน คอ แผนเกรตตง หลอดสเปกตรมไฮโดรเจน และอปกรณทสราง คอ แผนซด ซงสรางขนเพอน ามาทดลองเปรยบเทยบความยาวคลนอางองกบความยาวคลนทวดไดจากแผนซด โดยการค านวณหาเปอรเซนความคลาดเคลอนซงไมเกน 5 % โดยทเปอรเซนตความคลาดเคลอน ของแถบสสเปกตรม สมวง สเขยว และสแดง ของแผนเกรตตง เทากบ 1.23 % 1.06 % และ 0.45 % และแผนซด เทากบ 2.09 % 0.95 % และ 0.6 % ตามล าดบ ซงพบวา การสราง เกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด มประสทธภาพใกลเคยงกบสอในหองปฏบตการทสามารถน ามาใชในการศกษาและการทดลองได
(2)
Research Title Grating spectrometer using compact disc. Researchers Nussrina Jehma Amanee Sama Nursila Lehnu Faculty/Section Southern Border Research and Development Institute University Yala Rajabhat University Year 2016
Abstract This research aimed to create the Grating Spectrometer by using the compact disc. The Grating Spectrometer is an instruction media, used in the experiment especially in the dark lab. Experimental equipments are the Grating, the Hydrogen spectrum tube and the compact disc using for replacing the standard grating. According to the comparison with the standard and wavelength, the measured wavelength from the compact disc by calculating, the percentage of error is less than 5 %. The percentage error of the color spectrum three colors are purple, green and red from Grating are 1.23 %, 1.06 % and 0.45 %, respectively and percentage error from compact disc are 2.09 %, 0.95 % and 0.60 %, respectively. It can be seen that the spectrum obtained from experiments using compact disc grating spectrometer can nearly provide to standard.
(3)
กตตกรรมประกาศ
งานวจยฉบบนส าเรจลลวงไปดวยความกรณาและความชวยเหลอเปนอยางดยง จากคณาจารยประจ าหลกสตรฟสกส คณะวทยาศาสตรเทคโนโลยและการเกษตร ทใหความชวยเหลอ และขอเสนอแนะในการท างานวจยในครงน
ขอขอบพระคณมหาวทยาลยราชภฏยะลาทใหงบสนบสนนในการท าการวจยและขอบคณนกศกษาสาขาฟสกส ทใหความชวยเหลอในการท างานวจยในครงน
นสรนา เจะมะ และคณะ
กนยายน 2559
(4)
สารบญ
เรอง หนา บทคดยอภาษาไทย (1) บทคดยอภาษาองกฤษ (2)
กตตกรรมประกาศ (3)
สารบญ (4) สารบญตาราง (6)
สารบญภาพ (7)
บทท 1 บทน า
1.1 ความเปนมาและความส าคญ 1 1.2 วตถประสงค 2 1.3 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 2 1.4 ขอบเขตของการวจย 2 1.5 นยามศพทเฉพาะ 2 บทท 2 เอกสารและงานวจยทเกยวของ 2.1 เอกสารทเกยวของ 3
2.2 งานวจยทเกยวของ 17
บทท 3 วธด าเนนการวจย 3.1 เครองมอและวสดอปกรณ 20 3.2 การด าเนนการวจย 21 3.3 การเกบรวบรวมขอมล 26 3.4 การวเคราะหขอมล 27 บทท 4 ผลการวจย และอภปรายผล
4.1 ผลการวจย 28 4.2 การอภปรายผล 33 บทท 5 สรปผล และขอเสนอแนะ
5.1 สรปผลการทดลอง 35 5.2 ขอเสนอแนะ 35 บรรณานกรม 36
(5)
สารบญ (ตอ)
เรอง หนา ภาคผนวก 38 ประวตผวจย 48
(6)
สารบญตาราง
ตารางท หนา 2.1 แสดงชวงระยะความยาวคลนของแสง Spectrum 13 4.1 ตารางแสดงผลการทดลองจากการวดคาต าแหนงของแถบสสเปกตรมของ
แผนเกรตตง 28
4.2 ตารางแสดงคาความยาวคลนกบระยะเบน 29 4.3 ตารางแสดงคาความยาวคลนทวดไดจากการทดลองของแผนเกรตตง และ
คาความคลาดเคลอนเมอเทยบกบความยาวคลนอางอง 30
4.4 ตารางแสดงผลการทดลองจากการวดคาต าแหนงของแถบสสเปกตรมของแผนซด
30
4.5 ตารางแสดงคาความยาวคลนทวดไดจากการทดลองของแผนซด และคาความคลาดเคลอนเมอเปรยบเทยบกบความยาวคลนอางอง
32
(7)
สารบญภาพ
ภาพท หนา
2.1 คณสมบตของคลนแมเหลกไฟฟา 4 2.2 การเลยวเบนของแสงผานเกรตตง 5 2.3 แผนเกรตตง 6 2.4 การเลยวเบนของแสงผานเกรตตง 7 2.5 การกระจายของแสงผานปรซม 9 2.6 แสงขาวผานปรซมจะแยกเปนสตางๆ 11 2.7 แสดงคลนแมเหลกไฟฟาชวงทตามองเหน 12 2.8 แถบพลงงานทมอทธพลทตาคนเรามองเหนในชวง Visible spectrum 13 2.9 สเปกตรมทอยในสถานะกระตน 14 2.10 แสดงสเปกตรมในแตละชนดเมอผานปรซม 15 3.1 การเปลงแสงของหลอดสเปกตรมไฮโดรเจน 21 3.2 เสนสเปกตรมของหลอดไฮโดรเจน จากแผนเกรตตง 21 3.3 การอานคาต าแหนงของเสนสเปกตรมแตละส ทอยดานขวามอและซายมอ 22 3.4 การเปลงแสงของหลอดสเปกตรมไฮโดรเจน 22 3.5 เสนสเปกตรมของหลอดไฮโดรเจน จากแผนซด 23 3.6 การอานคาต าแหนงของเสนสเปกตรมแตละส ทอยดานขวามอและซายมอ 23 3.7 การจดชดทดลอง โดยใชแผนซด 24 3.8 แผนซดสใส 25 3.9 สเกลทตดกบแผนซด 25 3.10 ขาตงส าหรบใชในการหนบแผนซด 25 3.11 ชดสเปกตรมกลองไมพรอมหลอดไฮโดรเจน 25 3.12 กลองมดทใชทดลอง จ าลองขนแทนหองมด 26 3.13 กลองชดทดลองสเปกตรมของแผนซด 26 4.1 กราฟแสดงความสมพนธระหวางระยะต าแหนง X (cm) กบความยาวคลน
อางอง (nm) 29
4.2 กราฟแสดงความสมพนธระหวางความยาวคลน (nm) กบระยะต าแหนง X (cm) ครงท 1
31
4.3 กราฟแสดงความสมพนธระหวางความยาวคลน (nm) กบระยะต าแหนง X (cm) ครงท 2
31
4.4 กราฟแสดงความสมพนธระหวางความยาวคลน (nm) กบระยะต าแหนง X (cm) ครงท 3
32
(8)
สารบญภาพ (ตอ)
ภาพท หนา
4.5 การเปรยบเทยบคาความยาวคลนอางองกบคาความยาวคลนเฉลยทไดจากแถบสของสเปกตรมจากแผนเกรตตงและแผนซด
33
4.6 การเปรยบเทยบเปอรเซนตความคลาดเคลอนของคาความยาวคลนเฉลยทไดจากแถบสของสเปกตรมจากแผนเกรตตงและแผนซดเมอเทยบกบความยาวคลนอางอง
34
บทท 1 บทน ำ
1.1 ควำมเปนมำและควำมส ำคญ
วทยาศาสตรมบทบาทส าคญอยางมากในการพฒนาประเทศ เนองจากวทยาศาสตรน ามาซงผลผลตทางเทคโนโลยใหมๆ เพอชวยใหคณภาพชวตของคนในสงคมดขน ดวยเหตนการพฒนาความรดานวทยาศาสตรจงเปนสงส าคญ เมอพบวาการพฒนาความกาวหนาทางวทยาศาสตรยงไม ประสบความส าเรจตามเปาหมายทตองการ โดยเฉพาะการสงเสรมใหเยาวชนมความรความเขาใจ มพนฐานทางดานวทยาศาสตรทดจากระบบการศกษาขนพนฐานของประเทศ สาเหตหนงทเปนปญหาของการศกษาคอ การใชสอการสอนในหองเรยนยงไมมประสทธภาพพอทจะชวยอธบายใหผเรยนเขาใจเนอหาไดชดเจน อาจเกดจากการทครผสอนมความสามารถในการใชสอจ ากดหรอ การขาดแคลนสอการสอนในการเรยนการสอนวชาฟสกส โดยสวนใหญมงเนนใหนกเรยนจ าสมการและค านวณปรมาณตางๆ จากสมการทางคณตศาสตร ซงเนนทกษะการค านวณมากกวาความเขาใจไมเชอมโยงสความร พนฐานของนกเรยน ท าใหนกเรยนไมสามารถน าความรไปประยกตใชได และยงสงผลสมฤทธทางการเรยนของนกเรยนไมดเทาทควร จากผลการส ารวจพบวานกเรยนเขาเรยนสาขาวชาวทยาศาสตรมแนวโนมลดลง เหตผลหนงทนกเรยนไมเลอกเรยนตอวชาวทยาศาสตรเพราะนกเรยนมความรทางดานวทยาศาสตรไมดพอและนกเรยนจ านวนมากไมมโอกาสไดท าปฏบตการการทดลองทางวทยาศาสตรในระดบมธยมศกษาจงท าใหนกเรยนไมสามารถเขาใจเนอหาในวชาวทยาศาสตร โดยสามารถเหนไดชดเจนวาในวชาฟสกสทมปรากฏการณตางๆมากมายทตองอาศยสอการสอนเปนตวกลางในการทจะชวยอธบายหลกการตางๆใหผเรยนเขาใจมากยงขน การทผสอนใชสออยางมประสทธภาพจะชวยใหนกเรยนไดรบประสบการณตรงท าใหเกดความคดรวบยอดทด ขนในเนอหาท าใหผลสมฤทธของนกเรยนดขน และการทนกเรยน ไดเรยนรจากการลงมอปฏบตฝกท าผานสอสงผลใหเกดความเขาใจดวยตนเอง ท าใหนกเรยนมองเหนวาวทยาศาสตรเปนเรองไมยากเกนความเขาใจ และท าใหนกเรยนมทศนคตทดตอการเรยนวชาวทยาศาสตร
สอการสอนเรอง การสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด จะเปนสอทมงเนน เสนอใหผเรยนทราบถงการเปลยนสถานะของพลงงานและการปลดปลอยหรอดดกลนพลงงานทอย ในรปของคลนแมเหลกไฟฟา และชนดของสเปกตรม รวมทงสมบตทส าคญและตวแปรตา งๆ ทเกยวของซงมการเปรยบเทยบคาจากแผนเกรตตงและการสงเกตเสนสเปกตรมดวยแผนซด แสดงใหเหนถงเสนสเปกตรม เพอเปนพนฐานทส าคญในการเรยนรวาการทดลองถอเปนกจกรรมส าคญยง ในการจดการเรยนการสอนวทยาศาสตรทฝกใหนกเรยนมทกษะกระบวนการทางวทยาศาสตรและคนควาหาค าตอบไดดวยตนเอง ซงจะเชอไดวาเปนวธการทดและเหมาะสมทสดส าหรบการเรยนร ในปจจบน นอกจากนนกเรยนยงไดรจกและไดใชอปกรณหรอเครองมอวทยาศาสตรอยางถกตอง
ผวจยไดมงทจะพฒนาสอการเรยนการสอนเรอง การสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด เพอน ามาใชประกอบการเรยนการสอนในหองเรยน ทดแทนอปกรณทมอยในปจจบนทม
2
ราคาสงใหราคาถกลง และสามารถใชอธบายเนอหาไดดในหองเรยน ทสามารถท าสอการเ รยนการสอนขนเองได และเพอใหนกเรยนมความเขาใจในเนอหามากขน 1.2 วตถประสงค
1. เพอออกแบบการสรางสอการเรยนการสอนวทยาศาสตร “เกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด”
2. เพอเปรยบเทยบคาความยาวคลนอางองกบคาความยาวคลนทวดไดจากแถบสของสเปกตรมจากแผนซด
1.3 ประโยชนทคำดวำจะไดรบ 1. ผลผลต (Output): ไดสอการเรยนการสอนวทยาศาสตร “เกรตตงสเปกโตรมเตอรโดยใชแผนซด” 2. ผลลพธ (Outcome): ไดสอการเรยนการสอนวทยาศาสตร “เกรตตงสเปกโตรมเตอรโดยใชแผนซด” ทมคาเปอรเซนความคลาดเคลอนไมเกน 5 % 3. ผลกระทบ (Impact): สามารถปรบใชในการเรยนการสอนในรายวชาปฏบตการฟสกสของคลนใหแกนกศกษาทเรยนรายวชาน 4. กลมเปาหมายการใชประโยชนจากผลงานวจย: นกศกษา 1.4 ขอบเขตของกำรวจย
1. สรางสอชดการทดลองเรอง การสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด ซงจะใชกลมสเปกตรมสตางๆ ในชวงความยาวคลนตางๆ เพอเปรยบเทยบความยาวคลนของแสงสเปกตรมทไดจากเกรตตงและแผนซด แลวน ามาค านวณคาความคลาดเคลอน
2. ประชากรและกลมตวอยางหรอสงทดลอง 2.1 กลมแสงสเปกตรมสตางๆ 3. ตวแปรหรอปจจยทศกษา 3.1 ตวแปรอสระ: กลมแสงสเปกตรมสตางๆ 3.2 ตวแปรตาม: คาความยาวคลน
1.5 นยำมศพทเฉพำะ
สอการสอน หมายถง วสด อปกรณ และวธการ ซงถกน ามาใชในการเรยนการสอน เพอเปนตวกลางในการน าสงหรอถายทอดความร ทกษะ และเจตคต จากผสอนหรอแหลงความรไปยงผเรยนชวยใหการเรยนการสอนด าเนนไปอยางสะดวกและมประสทธภาพ และท าใหผเรยนเกดการเรยนรตามวตถประสงคของการเรยนการสอนทตงไว (แมค, 2551)
เกรตตง คอ อปกรณทใชในการตรวจสอบสเปกตรมของเสนและหาความยาวคลน โดยอาศยคณสมบตการแทรกสอดของคลน ลกษณะของเกรตตงจะเปนวสดบาง ทถกแบงออกเปน
3
ชองขนานซงอยชดกนมาก โดยทวไปในหนง (cm) แบงออกเปนหนงหมนชอง ซงจ านวนชองของ เกรตตงอาจถงหนงรอยถงหนงหมน Lines/mm
แผนซด ยอมาจาก คอมแพกดสก (compact disc) คอแผนออฟตคอลเกบขอมลดจทล ตางๆ ซงเดมพฒนาส าหรบเกบเสยงดจทล ซดคอมาตรฐานรปแบบการบนทกเสยงทางการคา ในปจจบน
บทท 2 เอกสารและงานวจยทเกยวของ
2.1 เอกสารทเกยวของ
1. แสง แสงเปนพลงงานรปหนงทเคลอนทได การเคลอนทของพลงงานแสงจะอยในรปของคลน ซงม
ชวงความยาวคลนอยระหวาง 380 -760 nm ชวงความยาวคลนของพลงงานแสงดงกลาว ชวยท าใหเกดการเหน สวนพลงงานรปอนเชนรงสอลตราไวโอเลต รงสเอกซทมความยาวคลนสนกวา 380 nm หรอคลนวทย คลนโทรทศนและพลงงานไฟฟา ทมชวงความยาวคลนยาวกวา 760 nm พลงงานเหลานมไดชวยใหเกดการเหน
แสงเปนทง “คลน” และ “อนภาค” เมอกลาวถงแสงในคณสมบตความเปนคลน หรอ “คลนแมเหลกไฟฟา” (Electromagnetic waves) ซงประกอบดวยสนามแมเหลกและสนามไฟฟา ท ามมตงฉาก ดงทแสดงในรปท 2.1
ภาพท 2.1 คณสมบตของคลนแมเหลกไฟฟา ทมา (http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/100/electromagnetic-wave2.htm)
แสงเคลอนทไปในสญญากาศดวยความเรว 810×3 m/s เมอกลาวถงแสงในคณสมบตของอนภาค หรอ “โฟตอน” (Photon) เปนอนภาคทไมมมวล อเลกตรอนคออนภาคทมประจเปนลบ โดยหมนอยรอบนวเคลยสทมประจเปนบวก มอยหลายตว แตละตวอยในวงโคจรทแตกตางกน พลงงานวดไดจากระยะหางจากนวเคลยส ท าใหอเลกตรอนมพลงงานในแตละระดบแตกตางกน
5
2. คณสมบตของแสง 1. การสะทอน เปนพฤตกรรมทแสงตกกระทบบนตวกลางและสะทอนตวออก
ถาตวกลางเปนวตถผวเรยบขดมน จะท าใหมมของแสงทตกกระทบจะมคาเทากบมมสะทอน 2. การหกเห เปนพฤตกรรมทล าแสงหกเหออกจากแนวทางเดนของมน เมอพงผาน
วตถโปรงแสง 3. การแทรกสอด เปนคลนตอเนองจากแหลงก าหนดคลน 2 แหลง ทมความถ
เทากนและมเฟสตรงกน เคลอนทมาพบเจอกน แลวเกดการซอนทบระหวางคลนและจะมความถเทากน
4. การเลยวเบน จะเกดพรอมกบการแทรกสอดเสมอ ผลการเลยวเบนของแสงขณะเกดการแทรกสอดบนฉาก
ภาพท 2.2 การเลยวเบนของแสงผานเกรตตง ทมา (http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/100/electromagnetic-wave2.htm) จากสมการการเลยวเบนของแสง
ทแถบสวาง 1=n λθ nd =sin (2.1)
เมอ d แทน ระยะหางระหวางชองของเกรตตง หรอคาคงทของเกรตตง แทน มมเลยวเบนของแถบสวาง n แทน ล าดบการเลยวเบนล าดบท n มคาเปนเลขจ านวนเตม = 0,1,2,3 … λ แทน ความยาวคลนแสง
6
3. เกรตตง เกรตตง (Grating) คอ อปกรณทใชในการตรวจสอบสเปกตรมของแสงและหาความยาว
คลนแสง โดยอาศยคณสมบตการแทรกสอดของคลน ลกษณะของเกรตตง จะเปนแผนวสดบางทถกแบงออกเปนชองขนานซงอยชดกนมาก
โดยทวไปใน 1 cm แบงออกเปน 10,000 Lines ซงจ านวนชองของเกรตตงอาจม 100 ถง 10,000 Lines/cm
ภาพท 2.3 แผนเกรตตง ทมา (คลงความรสความเปนเลศทางวทยาศาสตร คณตศาสตรและเทคโนโลย, 2555)
ประโยชนของเกรตตง 1. ใชแยกแสงสตางๆ ทเคลอนทรวมกน เชน การหาสเปกตรมของแสงขาว 2. ใชหาความยาวคลนของแสงสตางๆ โดยแสงสตางๆ จะมความยาวคลนแตกตางกน
ท าใหเกดการเลยวเบนเมอผานเกรตตงไดแตกตางกน โดยแสงสมวงเลยวเบนไดนอยทสด สวนแสง สแดงมความยาวคลนมากทสดจะเลยวเบนไดมากทสดในการทดลอง ถาเราใหแสงจากดวงอาทตยหรอแสงขาวจากหลอดไฟสองผานเกรตตง มนษยจะเหนสเปกตรมของแสงอาทตยหรอแสงขาวออกเปน 7 ส โดยเกรตตงถกพฒนามาจากสลตคดวยการเพมจ านวนชวงทงสองใหมากขน มผลท าใหระยะหางระหวางชองอยใกลกนมากขนท าใหการเลยวเบนของแสงมากขน แสง ความยาวคลนเดยวตกกระทบเกรตตง แสงบางสวนจะเบนออกจากแนวไปปรากฏบนฉากเปนแถบสวางเลกๆ แถบสวางน เกดจากการแทรกสอดของแสงจากชองอนๆทกชองท เสมอนเปนแหลง ก าเนดแสงอาพนธ การหาต าแหนงของแถบสวางใหถอวาฉากอยไกลจากเกรตตงมาก จนแสงจากชองแตละชองของ เกรตตงทเคลอนทไปทฉากสามารถประมาณไดวา เปนแสงขนาน
7
การหาระยะระหวางชองของเกรตตง (d ) เราสามารถหาระยะระหวางชองของเกรตตงได โดยใชการเทยบอตราสวน
Nd 1= (2.2)
เมอ N แทน จ านวนชองของเกรตตงใน 1 m d แทน ระยะหางระหวางชองของเกรตตง
ภาพท 2.4 การเลยวเบนของแสงผานเกรตตง ทมา (คลงความรสความเปนเลศทางวทยาศาสตร คณตศาสตรและเทคโนโลย, 2555)
8
4. แผนซด แผนซด ยอมาจาก คอมแพกดสก (compact disc) คอแผนออฟตคอลเกบขอมลดจทล
ตางๆ ซงเดมพฒนาส าหรบเกบเสยงดจทล ซดคอมาตรฐานรปแบบการบนทกเสยงทางการคา ในปจจบน
มาตรฐานคอมแพกดสก ซดเสยง หรอ ซดเพลง หรอ ออดโอซด (audio CD) เกบสญญาณเสยงในรปแบบทเปนไป
ตามมาตรฐานเรดบค (red book) ซดเสยงประกอบดวยแทรคสเตอรโอหลายแทรค ทเกบโดยการเขารหสแบบ PCM ขนาด 16 บตดวยอตราการสมตวอยาง 44.1 kHz คอมแพกดสกมาตรฐาน มเสนผาศนยกลาง 120 mm แตมรนขนาด 80 mm อยในรปการดขนาดเทานามบตรหรอ เปนรปวงกลม แผนดสคขนาด 120 mm สามารถบนทกเสยงได 74 s แตมรนทสามารถบนทก 80 หรอ 90 s ดวย แผนดสคขนาด 80 mm ใชเปนแผนซดซงเกล หรอใชเปนนามบตรประชาสมพนธ เกบเสยงใชเพยงแค 20 s เทคโนโลยคอมแพกดสก ตอมาปรบปรงเปนอปกรณบนทกขอมล ทเราเรยกวาแผนซดรอม
การท างานของ CD ภายในซดรอมจะแบงเปนแทรกและเซกเตอรเหมอนกบแผนดสก แตเซกเตอรในซดรอม
จะมขนาดเทากนทกเซกเตอร ท าใหสามารถเกบขอมลไดมากขน เมอไดรฟซดรอมเรมท างานมอเตอร จะเรมหมนดวยความเรว หลายคา ทงนเพอใหอตราเรวในการอานขอมลจากซดรอมคงทสม าเสมอ ทกเซกเตอร ไมวาจะเปนเซกเตอร ทอยรอบนอกวงในกตาม จากนนแสงเลเซอรจะฉายลงซดรอม โดยล าแสงจะถกโฟกสดวยเลนสทเคลอนต าแหนงได โดยการท างานของขดลวด ล าแสงเลเซอร จะทะลผานไปทซดรอมแลวถกสะทอนกลบ ทผวหนาของซดรอมจะเปน หลมเปนบอ สวนทเปนหลมลงไปเรยก พต ส าหรบบรเวณทไมมการเจาะลกลงไปเรยก "แลนด" ผวสองรปแบบนเราใชแทน การเกบขอมลในรปแบบของ 1 และ 0 แสงเมอถกพตจะกระจายไปไมสะทอนกลบ แตเมอแสง ถกเลนส จะสะทอนกลบผานแทงปรซม จากนนหกเหผานแทงปรซมไปยงตวตรวจจบแสงอกท ทกๆชวงของล าแสงทกระทบตวตรวจจบแสงจะก าเนดแรงดนไฟฟา หรอเกด 1 และ 0 ทท าใหคอมพวเตอรสามารถเขาใจได สวนการบนทกขอมลลงแผนซดรอมนนตองใชแสงเลเซอรเชนกน โดยมล าแสงเลเซอรจากหวบนทกของเครอง บนทกขอมลสองไปกระทบพนผวหนาของแผน ถาสองไปกระทบบรเวณใดจะท าใหบรเวณนนเปนหลมขนาดเลก บรเวณทไมถกบนทกจะมลกษณะ เปนพนเรยบสลบกนไปเรอยๆตลอดทงแผน แผนซดรอมเปนสอในการเกบขอมลแบบออฟตคอล (Optical Storage) ใชล าแสงเลเซอรในการอานขอมล แผนซดรอม ท ามาจากแผนพลาสตก เคลอบดวยอะลมเนยม เพอสะทอนแสงเลเซอรทยงมา เม อแสงเลเซอรทยงมาสะทอนกลบไป ทตวอานขอมลทเรยกวา Photo Detector กอานขอมลทไดรบกลบมาวาเปนอะไร และสงคา 0 และ 1 ไปใหกลบซพย เพอน าไปประมวลผลตอไป
9
5. สเปกโตกราฟ (Spectograph) สเปกโตกราฟเปนเครองมอชนดหนงใชแยกและวดความยาวคลนทมอยในคลนแมเหลกไฟฟา
และวดปรมาณการแผรงสสมพนธในแตละความยาวคลน อกนยหนง กคอ รบและแสดงปรมาณแถบสของแสง หรอเรยกวา สเปกตรม สเปกโตกราฟจะท าหนาทแยกและกระจายแสงจากวตถไปเปนองคประกอบของความยาวคลนของแสง ทสามารถบนทกและน ามาวเคราะห
แสงทผานเขาเสปกโตกราฟ จะถกแยกหรอกระจายไปเปนแถบสสเปกตรม (spectrum) ในสองวธดงน กลาวคอ วธทหนงโดยการใช ปรซม หรออกวธหนงกใช เกรตตง ดฟเฟรกชน (Diffraction grating ) เมอราวป 1660 ทนวตน(Newton) แยกแสงไปเปนสเปกตรมนน เขาใชปรซมแกว (glass prism) เปนตวแยก ดงวธทแสดงในแผนภาพขางลางน
ภาพท 2.5 การกระจายของแสงผานปรซม ทมา (https://sites.google.com/site/scisci003/bth-thi-1/1-4-prak-d-karn-thi-keiyw-kab-saeng)
ผลทเกดจากขอมลนคอ ความยาวคลนของแสงทตางกนจะมพลงงานทตางกน คอเมอแสง
เดนทางผาน ปรซม มนจะเกดการหกเห คอ การเปลยนแปลงของความเรวเมอเปลยนตวกลาง ถาแสงตกบนปรซมท ามมมากกวา 90° แสงกจะเปลยนทศทาง เมอแสงสฟามความยาวคลนสนกวาแสงสแดง ฉะนนมมการหกเหกจะสงกวา ทงแสงผานเขาและผานออกจากปรซม หมายความวา แสงจะหกเหมากขน ผลจากการหกเหเชนนมลกษณะเหมอนกบผลทเกดจากสายรงในตอนฝนโปรยโดยจะมหยดฝนท าหนาทเปน ปรซมในการกระจายหรอแยกแสงเปนสสวนประกอบตางๆ
ความยาวคลนของแถบสเปกตรม (Free spectral ranges) ความสมพนธระหวางความยาวคลนและต าแหนง )(λx วดจากปรซมถงฉาก ส าหรบ
ปรซมนน ความยาวคลนของแถบสเปกตรมจะครอบคลมพนททงหมดของการกระจายแสงของปรซม (ขนอยกบธรรมชาตของวสดทใช)
สเปกโตรมเตอรส าหรบเกรตตงนน ขอบเขตแถบสอสระจะถกก าหนดโดยล าดบการกระจายเกรตตง n ดงนนส าหรบสเปกโตรมเตอร ขอบเขตแถบสอสระ คอแนวของชวงคลน ซงในนไมม การแทรกแซงหรอการซอนกนของแสงจากล าดบตางๆ ทตดกน ในการใชสมการเกรตตงนน
10
เราสามารถแสดงผลการกระทบของแสงในแนวตงฉาก ( )°90=iθ และความยาวคลน ( )λ
จะกระจายทมม ( )dθ ดงนน dd θλ sin=1 ความยาวคลนของแถบทสอง ( )2λ จะมล าดบทสง
กวา ( )1+n จะกระจายมมในทศทางเดยวกน ถา ( ) ddn θλ sin=1+ 2 ดงนน สามารถเขยนสมการ
ความยาวคลนสงสดไดดงน
1sin
1
11sinmax
nn
d
nnd
(2.3)
ดงนนความยาวคลนของแถบสเปกตรมจะลดลงเมอล าดบการกระจายเพมขน และสามารถประยกตใชกบเกรตตงและปรซมทสามารถกอใหเกดล าดบแถบสมากกวาหนงล าดบ
6. การสองสวางและการเปรยบเทยบความเขมแสง แสงเปนพลงงาน สามารถท าใหเกดความสวางบนผววตถ โดยปรมาณการสองสวางของแสง
มากหรอนอย ขนอยกบ 1. ความเขมแสงของแหลงก าเนด 2. ระยะทางจากแหลงก าเนดแสงกบพนททแสงตกกระทบ 3. มมตกกระทบของรงสแสง
ความสวาง ( Illuminance) ของผวใด ๆ หมายถง คาความสวางทตกบนพนทผวตอ หนงหนวยพนท ถาพจารณาผวทอยหางจากหลอดไฟทมก าลงสองสวาง 1 cd เปนระยะทาง 1 m ความเขมแหงการสองสวางจะมคา 1 (lux) โดยความเขมแหงการสองสวางจะแปรผกผนกบ ระยะทางก าลงสอง
2
=RIE (2.4)
เมอ E แทน ความสวาง (lux)
24 Rπ แทน พนทผวทแสงตกกระทบ )( 2m R แทน ระยะหางจากหลอดไฟถงผวทพจารณา (m) I แทน ก าลงสองสวาง (แคนเดลลา,cd)
โดยท
24
=RPIπ
เมอ P แทน ก าลงของหลอดไฟ (Watt)
11
7. แหลงก าเนดแสง แสงแบงออกได 2 ประเภท คอ
1. แหลงก าเนดแสงตามธรรมชาต ไดแก แสงจากดวงอาทตย แสงจากดวงดาว แสงจากหงหอย เปนตน แหลงก าเนดของแสงทส าคญทสดทเรารจก คอ ดวงอาทตย
2. แหลงก าเนดแสงประดษฐ เปนแหลงก าเนดแสงทถกสรางขนโดยมนษย ไดแก แสงจากหลอดไฟฟา จากเทยนไข จากตะเกยง จากไต จากกองไฟ ฯลฯ
ดวงอาทตยเปนแหลงก าเนดแสงทใหญทสดของโลก และของระบบสรยะจกรวาล มนษยไดอาศยพลงงานความรอนและพลงงานแสงอาทตยมาตงแตมนษยไดก าหนดมาในโลก ในโบราณมนษยไดใชแสงสวางจากดวงอาทตยเพอใหสามารถมองเหนสงตางๆ ซงจะใชเฉพาะในเวลากลางคนเทานน เนองจากเกดความยากล าบากในการไปมาหาสกนเพราะไมมแสงสวาง มนษยจงไดพยายามแสวงหาแสงสวางเพอน ามาใชในเวลากลางคน
แสงของดวงอาทตยทมนษยมองเหนเปนสขาวนนจะประกอบดวยสของรงสตางๆถง 7 ส คอ มวง คราม น าเงน เขยว เหลอง แสด แดง หรอทนยมเรยกกนวา “สรง” เซอร ไอแซค นวตน ไดท าการทดลองพบวาแสงของดวงอาทตยประกอบดวยสพนฐาน 3 ส คอ แดง น าเงน และเขยว ซงในขณะเดยวกนกมสมวงเหลองและสมแทรกอยดวย แสงสวางทใชตดตงเพอใชในการสองสวางนนจ าเปนจะตองใหเปนสขาวเหมอนกบแสงของดวงอาทตยและใหมรงสตางๆ เหมอนกบรงสของ ดวงอาทตย เพราะแสงสขาวทเหมอนกบดวงอาทตยนนจะท าใหการมองเหนวตถเหมอนกบสของวตถนนตามความเปนจรง เมอแสงตกกระทบวตถ จะดดซบเอารงสไวบางสวนและสะทอนรงสบางสวนออกมา วตถทเปนสขาวหรอสอนๆ จะสะทอนแสงไดดกวาวตถทเปนสด า
ในชวตประจ าวนจะพบแสงอาทตยมากทสด ซงเปนแสงสขาว แตความจรงแลวถาน า แสงสขาวผานปรซมจะแยกแสงออกได 7 สไปปรากฏบนฉากจะมสมวงและคอย ๆ เปลยนเปน สน าเงน เขยว เหลอง สม และ แดง โดยล าดบของสจะเรยงตามการกระจายแสงจากมากไปนอย เรยกแสงสทเกดขนนวาสเปกตรมของแสง (Spectrum) ดงรป 2.6
ภาพท 2.6 แสงขาวผานปรซมจะแยกเปนแสงสตางๆ ทมา (คลงความรสความเปนเลศทางวทยาศาสตร คณตศาสตรและเทคโนโลย, 2555)
มนษยสามารถเหนสของวตถแตกตางกนเพราะ เมอใหแสงกระทบผววตถ ปรมาณแสงสะทอนจากผววตถหรอปรมาณแสงทผานจากวตถเขาสตามปรมาณตางกน การทจะเหนสทแทจรง
12
วตถนนจะตองสองดวยแสงสเดยวกน หรอมแสงสเดยวกนรวมอยดวย จงจะมองเหนวตถดวยสแทจรงของมน และถาสองดวยแสงแดด จะเหนสทแทจรงของวตถทงนเพราะแสงแดดประกอบดวย แสงสตางๆ
8. แสงและการมองเหน แสงเปนพลงงานทท าใหเกดการมองเหน ในทางฟสกสถอวาแสงเปนคลนแมเหลกไฟฟาชนด
หนงเคลอนทดวยความเรว ประมาณ มคณสมบตในการกระจายพลงงานออกมาทความยาวคลนตางๆกน แหลงก าเนดแสงธรรมชาตทรจกกนดคอดวงอาทตย
ภาพท 2.7 แสดงคลนแมเหลกไฟฟาชวงทตามองเหน ทมา (คลงความรสความเปนเลศทางวทยาศาสตร คณตศาสตรและเทคโนโลย, 2555)
แตแถบพลงงานทมอทธพลตอตาของมนษยและท าใหเกดการมองเหนเปนเพยงชวงแคบๆ ระหวาง 380 - 780 nm ซงเรยกชวงของการกระจายนวา Visible spectrum
13
ภาพท 2.8 แถบพลงงานทมอทธพลทตาคนเรามองเหนในชวง Visible spectrum ทมา (http://www.rmutphysics.com/physics/oldfront/100/2/eye.htm)
ชวงความยาวคลนเหลานมนษยสามารถแยกใหเหนแถบของการกระจายพลงงานอยางกวางๆได 7 แถบ แตละแถบของการกระจายพลงงานเรยกวา Spectrum ชวงการกระจายทตางกนท าใหมนษยมองเหนสตางกน ดงตารางท 2.1
ตารางท 2.1 แสดงชวงระยะความยาวคลนของแสง Spectrum
แสงส ความยาวคลน (nm) ความถ (Hz) แดง 780 – 630 385 – 476 สม 630 – 590 476 – 508
เหลอง 590 – 560 508 – 536 เขยว 560 – 490 536 – 612 น าเงน 490 – 440 612 – 682 คราม 440 – 420 682 – 714 มวง 420 – 380 714 – 789
แถบสแตละแถบในชวง Visible Spectrum ซงใหแสงสตางกนมนษยไมสามารถแยกใหเหน
สวนประกอบของแตละแถบส ได ไมว าดวยวธ ใดๆและเราเรยกแถบสน ว า แสงเอกพนธ (Homogeneous Light) แตเมอน าแสงเหลานมารวมกนจะท าใหเกด แสงสใหม มนษยเรยกแสงส ทเกดขนใหมนวาแสงววธพนธ (Non-Homogeneous Light) เชนแสงจากดวงอาทตยเกดจาก การรวมกนของแสงทง 7 สในชวง Visible Spectrum เปนตน (ชยวฒน คประตกล, 2547)
14
9. สเปกตรม สเปกตรมเกดจากอะตอมทไดรบพลงงาน เชน จากการเผา หรอจากกระแสไฟฟา
อเลกตรอนจะเปลยนจากสถานะพนไปสสถานะกระตนซงไมเสถยร จงตองคายพลงงานออกมา ซงพลงงานทคายออกมาจะอยในรปพลงงานแสงหรอคลนแมเหลกไฟฟา เมอผานปรซม หรอ สเปกโตรสโคปจะแยกแสงออกเปนเสนสเปกตรม ดงรปท 2.9
1. สถานะพน (Ground state) หมายถง อะตอมทอเลกตรอนซงเคลอนทอยรอบนวเคลยสมพลงงานเฉพาะตวอยในระดบพลงงานต า อะตอมในสถานะพนจะมความเสถยรเนองจากมพลงงานต า
2. สถานะกระตน (Excited state) หมายถง อะตอมทไดรบพลงงานเพมขน ท าใหอเลกตรอนถกกระตนใหอยในระดบพลงงานสงขน ทสถานะกระตนอะตอมจะไมเสถยร เนองจากมพลงงานสง
ภาพท 2.9 สเปกตรมทอยในสถานะกระตน ทมา (คลงความรสความเปนเลศทางวทยาศาสตร คณตศาสตรและเทคโนโลย, 2555)
10. ชนดของสเปกตรม ม 3 ชนด
1. สเปกตรมแบบตอเนอง (Continous spectrum) เกดจากแสงทเปลงออกมาจากของแขงรอน (หรอของเหลวหรอแกสภายใตความกดดนสง) เมอใหแสงผานเกรตตงหรอปรซม จะท าใหแสงแยกออกปรากฏบนฉากเปนสตาง ๆ อยางตอเนองกน
2. สเปกตรมเปลงออกแบบเสน (Line emission spectrum) หรอ สเปกตรมเสนสวาง เกดจากแสงทเปลงออกมาจากแกสรอน เมอใหแสงผานเกรตตงหรอปรซม จะท าใหแสงแยกออก ปรากฏบนฉากเปนสตาง ๆ เปนเสน ๆ โดยแตละเสนจะแยกออกจากกนและเรยงกนอยาง เปนระเบยบ บางครงเรยกวาสเปกตรมเสนสวาง
3. สเปกตรมดดกลนแบบเสน (Line absorption spectrum) เกดจากการใหแสงจากของแขงรอนผานแกสเยน แกสเยนจะดดกลนแสงบางความถบางชวงเปนชวง ๆ เมอใหแสงผาน เกรตตงหรอปรซม จะท าใหเหนแสงทปรากฏบนฉากมดเปนเสน ๆ และชวงคลนทแกสเยนดดกลนนนจะเปนชวงเดยวกนกบชวงทแกสนนใหออกมาเมอถกท าใหรอน
15
ภาพท 2.10 แสดงสเปกตรมในแตละชนดเมอผานปรซม ทมา (คลงความรสความเปนเลศทางวทยาศาสตร คณตศาสตรและเทคโนโลย, 2555)
เสนสเปกตรมทแผออกจากวตถแตละชนด มลกษณะเฉพาะตวเชนเดยวกบเสนลายมอของมนษย วตถทมคณสมบตใกลเคยงกบวตถด า เชน ดวงอาทตย และไสหลอดไฟตางๆ จะใหสเปกตรมตอเนอง แสงสขาวทสองผานปรซม ทมาจากดวงอาทตยหรอไสหลอดไฟจะแยกออกเปนแสงสรงตอเนองกนเรยกวา“สเปกตรมของแสงขาว”
สเปกตรมของแสงสขาวเกดจากการทเมอแสงซงมความยาวคลนตางๆกนผานไปยงปรซม แสงจะหกเหไดไม เทากน เกดเปนแถบสร งตอเนองกนโดยมความยาวคลนในชวงตางกน ดงตารางท 2.1
ความยาวคลน หมายถง ระยะทางทคลนเคลอนทครบ 1 รอบ มหนวยเปนนาโนเมตร (nm) ความถของคลน หมายถง จ านวนรอบของคลนทเคลอนทผานจดใดจดหนงในเวลา 1s
มหนวยเปนรอบตอวนาท ( 1s หรอ cycle/s) หรอเรยกชอเฉพาะวา “เฮรตซ” (Hz) ความยาวคลนและความถ มความสมพนธ ดงสมการท 2.5
fc λ (2.5)
ในป ค.ศ. 1900 มกซ พลงค (Max Plank) นกวทยาศาสตรชาวเยอรมน ไดแสดงใหเหนวาแสงหรอคลนแมเหลกไฟฟาจะใหพลงงานเปนหนวย ๆ เรยกวา ควอนตม(Quantum) และไดขอสรปเกยวกบพลงงานของคลนแมเหลกไฟฟากบความถของคลนนนวา “พลงงานของคลนแมเหลกไฟฟาจะเปนสดสวนโดยตรงกบความถของคลน”
E f
hfE (2.6)
เมอ E แทน พลงงาน มหนวยเปน ( )J
16
h แทน คาคงทของพลงค มคาเทากบ Js3410626.6 f แทน ความถของคลนแมเหลกไฟฟา มหนวยเปน Hz( )
แตจาก λfc =
λ
cf = (2.7)
λ
hcE = (2.8)
เมอ c แทน ความเรวของแสงในสญญากาศ sm /10×3= 8
17
2.2 งานวจยทเกยวของ ประสบพร และคณะ (2555) ไดสรางเกรตตงเลยวเบนแสงจากฟลมไฮบรดไวแสงระหวาง
ซลกอนไดออกไซดและไทเทเนยมไดออกไซด ดวยวธสรางลวดลายโดยอาศยหลกการแทรกสอดของแสง สารไฮบรดไวแสงสามารถเตรยมไดจากสารตงตนระหวางสารควบคไซเลน กบไทเทเนยม ไอโซโพรพอกไซด ดวยวธการโซลเจล แลวท าการเคลอบเปนแผนฟลมไฮบรดไวแสงดวยวธการหมนเคลอบสารละลายโซลเจล บนฐานรองรบกระจก ซงการผสมละลายไฮบรดของสารตงตนทงสองตว จะเปนการแสดงใหเหนถงประสทธภาพการดดกลนแสงในชวงความยาวคลน 400 – 500 nm ซงตาสามารถมองเหนได
ธนการต (2553) ในการประดษฐอปกรณประกอบกลองเพอการถายภาพสเปกตรมแสง ซงส าหรบการผลตชดอปกรณนจะใชเลนสนน 5 ชนทมความยาวโฟกสแตกตางกน และรวมไปถงอปกรณ ตวท าขนาน เกรตตงแบบสองผาน และอปกรณตรวจวด CMOS ในกลองดจตอล ดแอสแอลอาร โดยยดตดอยกบในทอ PVC บนรางเลอนเชงแสง เปนการปรบเทยบอปกรณไดใช ตนก าเนดแสงจากหลอดไฮโดรเจน หลอดฮเลยม และหลอดไอปรอท พบวาคาความยาวคลนทไดมคาความคลาดเคลอนอยระหวาง 0.02 %-0.19% ไดน ามาศกษาสเปกตรมของตนก าเนดแสงจาก หลอดครปทอน หลอดไอน า หลอดโซเดยม และหลอดนออน พบวาคาความยาวคลนทไดมคา ความแตกตางอยระหวาง 0.07% - 1.40% เมอเปรยบเทยบกบคามาตรฐานทวไปจะไดภาพสเปกตรมแสงทสนบสนนการสงเกตและการวเคราะหสเปกตรมแสงในการทดลองเชงแสง และยงสามารถน าไปใชเปนสอการสอนไดเปนอยางด
จมพล และคณะ (2552) ศกษาการประยกตใชเทคนคการเลยวเบนทมาตราส วนบน ไมบรรทดโลหะเหลกในการวดความยาวคลนของแสงฮเลยม – นออนเลเซอร โดยคาความยาวคลนเฉลยทไดมคาเปน 644.6 nm โดยการเปรยบเทยบกบคาความยาวคลนของแสงฮเลยม – นออนเลเซอร ทไดทราบคาทแนนอนทความคลาดเคลอนไมเกน 2 % กบเกรตตงสะทอน จะแสดง การเลยวเบนไดเปนอยางดกตอเมอล าแสงทตกกระทบเกอบขนานกบผวของเกรตตง โดยจดให ไมบรรทดโลหะเหลกวางตวในแนวนอนมระนาบใกลเคยงกบเครองเลเซอรและอยดานหนาเครองเลเซอร ดงนนล าแสงเลเซอรทยงออกมาจากเครองเล เซอรกเกอบจะขนานกบไมบรรทด โลหะเหลกและล าแสงเลเซอรพงกระทบมาตราสวนบนไมบรรทดโลหะเหลกอยางเฉยดๆ บางสวนของล าแสงเลเซอรตกกระทบไมบรรทดโลหะเหลกดวยมมนอยๆ อนดบของการเลยวเบนสามารถมองเหนไดบนฉาก จดสวางของล าแสงตรง
เชดตระกล และอซมาอ (2552) ศกษาการวดสเปกตรมของวตถด า ในชวงทตามองเหน โดยใชหลอดไสแทนวตถด าทก าลงไฟ 25 w, 40 w, 60 w, 210 w, จะเหนแถบสเปกตรมสแดง มความยาวคลนมากทสดและแถบสเปกตรมสมวงมความยาวคลนนอยทสด เมอใหความเขมแสงสงสด เมอเทยบกบก าลงไฟฟา 25 w, 40 w, และ 60 w จะสรปไดวาก าลงไฟฟาท 100 w ทความตางศกยไฟฟา 210 v เปนวตถด า
สมเสมอ (2551) ศกษาการสรางเกรตตงระนาบสงผาน โดยการแทรกสอดของล าแสงเลเซอร โดยการสรางเกรตตงทมระยะหางรองของเกรตตงประมาณ 1-2 um โดยบนทกรปแบบ การแทรกสอดของล าแสงเลเซอรสองล าแสงบนแผนฟลมโฟโตรซสแบบ PFG -01 โดยการน าไปลาง
18
ดวยน ายาลางรป เมอท าการวดประสทธภาพการเลยวเบนสงสด ซงอตตราสวนระหวางความเขมขนแสงของการเลยวเบนอนดบทหนงกบความเขมแสงตกกระทบทไมไดผานเกรตตง ประสทธภาพทวดไดจงจะมคาประมาณ 2%
สทธชย และคณะ (2549) ศกษาลกษณะเฉพาะของแหลงก าเนดแสง ซงไดพฒนาเครองวดสเปกตรมของแหลงก าเนดแสงดวยซซดขน โดยการแปลงสญญาณความตางศกยไฟฟาจาก การรบภาพของแสงทเลยวเบนจากเกรตตงไปเปนสเปกตรมของแหลงก าเนดแสง ซงประยกตพชคณต เชงเสนมาวเคราะหกระบวนการแปลงสญญาณ ท าใหงายตอระบบสมการอยในรปแบบเมทรกซ ทกะทดรด
ชลพร และส าราญ (2547) ไดศกษาหาสเปกตรมของการสองสวางจากหลอดไฟฟา ทเปลยนคาความตางศกยใหแกหลอดไฟโดยใชโมโนโครมาเตอรเปนตวแยกแสง ใหตกลงบน หววดหลอดโฟโตมลตพลายเออร S20 ซงเชอมตอกบระบบไมโครคอมพวเตอรเพอการทดลองและ เกบขอมล ในการทดลองไดวดหาคาความเขมแสงระหวาง 300 -800 nm จากการทดลองพบวา ตลอดชวงในการทดลอง 80-220 v มการเปลยนแปลงในปรมาณความเขมแสงมากกวาทจะม การเปลยนแปลงในเชงความยาวคลน การเปลยนแปลงดงกลาวเปนไปในลกษณะไมสม าเสมอหรอ มรปแบบทมองเหนไดชดเจนโดยเฉพาะส าหรบในชวงความยาวคลนตงแต 594 nm ลงมาจนถง 380 nm ยงไปกวานนการทดลองนพบวาทคาความตางศกยต ากวา 160 v ปรากฏการสองสวาง ทมคาความเขมสงมากทความยาวคลน 392 425 534 และ 567 nm ซงนาจะเปนจดดอยของหลอดเนองจากความรอนทจดดงกลาวอาจจะมคาสงมากเกนไปเมอเทยบกบจดอนๆ การศกษาถงทมา ของรปแบบสเปกตรมในทางทฤษฎและการทดลองกบผลตภณฑของบรษทตางๆในทองตลาด จะน าไปสขอสรปเชงเปรยบเทยบได
ชโนทย (2545) ไดศกษาเกยวกบการตรวจวดน าหนกระยะไกลดวยวธวดทางแสง โดยใช เกรตตงใยแกวเปนตวตรวจวดแหลงก าเนดแสงจากเครอง OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) จะปลอยล าแสงมความยาวคลน 1333 nm ผานไปยงคปเปลอรทตอเขากบ ใยแกวน าแสงชนดซงเกลโหมด และเกรตตงใยแกว ตามล าดบ เมอมน าหนกกดลงบนตวเกรตตง ใยแกว จะท าใหสญญาณทสะทอนกลบมา เกดการเปลนแปลงความยาวคลน โดยโมโนโครมาเตอร เปนตวเลอกความยาวคลนในการวดสญญาณความเขมแสงทสะทอนกลบ ในการทดลองไดท า การเปลยนความยาวของ ใยแกวน าแสงชนดซงเกลโหมดโดยวดทระยะ 2 km และ 4 km คาความเขมแสงทได จากการทดลองพบวาทงสองระยะใหผลในการเปลยนแปลงความยาวคลนเหมอนกนคอ เมอน าหนกมากขนจะพบวาความยาวคลนจะเพมขน แตคาความเขมแสงของ ทงสองระยะจะแตกตางกน โดยทระยะ 2 km มคาความเขมแสงมากกวาทระยะ 4 km นอกจากนยงไดมการเปลยนแปลงตวรบน าหนก (บฟเฟอร) ทท ามาจากพลาสตก 3 ชนด คอ อะครลค โปลโปรปลน และเอ บ เอส ซงพบวาผลทไดจากการวจย มคาเหมอนกน
สาโรช (2545) ไดศกษาและสรางตนแบบของเครองวดสเปกตรมของแสง ดวยโฟโตไดโอดแอรเรย เกรตตงเลยวเบนขนาด 1800 เสน/mm จะท าหนาทแยกสเปกตรมแสงใหตกลงบนโฟโตไดโอดแอรเรยขนาด 1024 พกเซล สญญาณนจะถกขยายแลวแปลงเปนสญญาณ ดจตอลขนาด 12 บท ข อม ลจะถ กส ง ไปย ง ไมโครคอมพว เตอร ผ านทางพอร ต โดยการควบคมของ
19
ไมโครคอนโทรลเลอรตระกล MCS-51 วเคราะหขอมลและแสดงผลในรปสเปกตรมของแสง บนหน า จอคอม พว เตอร เ ค ร อ ง ว ดส เปกตร มท ส ร า ง ข น ใ ช ง าน ในย านคว ามยาวคล น ประมาณ 350-650 nm โดยใชเสนสเปกตรมท 365.00 403.00 546.00 577.96 และ 579.07 nm ของหลอดสอบเทยบ (HgAr) เปนความยาวคลนอางอง ผลการวดทไดมความคลาดเคลอนส งสด รอยละ 0.20 จากนน ไดทดสอบการท างานโดยการวดสเปกตรมจากแหลงก าเนดแสงททราบคาไดแก การวดเสนสเปกตรม 5 เสนของหลอดไอปรอท พบวามความคลาดเคลอนสงสดรอยละ 0.41 การวดสเปกตรมของหลอดโซเดยม มความคลาดเคลอนรอยละ 0.40 การวดความยาวคลนของเลเซอรฮเลยม-นออน มความคลาดเคลอนรอยละ 0.39 และการวดความยาวคลนของฮารโมนคทสองของเลเซอรมความคลาดเคลอนรอยละ 0.02
นฤดม (2543) ไดศกษาสเปกตรมการแผของรงสเอกซพลงงานต าเปนการวดความเขมและพลงงานของโฟตอนทแผออกจากอเลกตรอนทถกกระตนโดยโฟตอนหรออเลกตรอน เทคนคดงกลาว มประโยชนมากในการศกษาโครงสรางเชงอเลกทรอนกสของสสาร การศกษาเปนของแขง คาความลกทรงสเอกซพลงงานต าสามารถทะลผานไดอาจมคาถง 100 nm โดยใชแสงซนโครตรอนทมความเขมของแสงสงมาเปนตวกระตนอเลกตรอนภายในสสารจะชวยแกไขปญหาทเกดจากปรมาณรงสเอกซพลงงานต าทถกปลดปลอยออกมามคานอย สดสวนของจ านวนโฟตอนทปลดปลอยออกมา ตอจ านวนโฟตอนทใชในการกระตนมคาประมาณ 0.1 % นอกจากน สเปกโตรมเตอรทมความสามารถในการแยกแยะสงเปนทตองการในการทใชวดและบงบอกถงความแตกตางของโฟตอน ทปลดปลอยออกมาจากอะตอมของธาตใดธาตหนงทถกกระตนแตอยในสภาวะทลอมรอบดวย ธาตชนดทแตกตางกนได
บทท 3
วธด ำเนนกำรวจย
การศกษาการสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด (Grating spectrometer using CD) เปนวจยพนฐานทมลกษณะการวจยเกยวของกบการออกแบบสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยการใชแผนซดแทนแผนเกรตตงทสามารถน ามาใชเปนสอประกอบการเรยนการสอน
ในการด าเนนงานวจยครงนมขนตอนในการด าเนนงานวจย 2 ขนตอน ไดแก วธการทดลองโดยการใชแผนเกรตตงและแผนซดเพอน าคาทไดของแผนเกรตตงมาเปรยบเทยบกบคาทไดของแผนซด โดยการเปรยบคาเปอรเซนความแตกตาง และวธการสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอรโดยใช แผนเกรตตงและแผนซด โดยมรายละเอยดของอปกรณ และวธการด าเนนงานวจย ดงน 3.1 เครองมอและวสดอปกรณ
อปกรณกำรทดลอง 1. ชดสเปกตรมกลองไม 2. แผนเกรตตง 600 Lines/mm 3. หลอดสเปกตรมของไฮโดรเจน 4. ไมบรรทด 5. แผนซด 6. ขาหนบแผนซด
21
3.2 กำรด ำเนนกำรวจย ขนตอนท 1 วธกำรทดลองโดยใชแผนเกรตตง วดความยาวคลนของสเปกตรมของหลอดไฮโดรเจน เพอเขยนกราฟระหวางความยาวคลน
กบอตราสวน ซงจะท าไดดงน 1. น าหลอดสเปกตรมของไฮโดรเจนมาเชอมตอกบชดสเปกตรมกลองไมทเตรยมไว 2. เปดสวทซของชดสเปกตรมกลองไม เพอจายไฟใหหลอดสเปกตรมของไฮโดรเจน แลวรอสกคร เพอใหหลอดนนตดสวางเตมท
ภำพท 3.1 การเปลงแสงของหลอดสเปกตรมไฮโดรเจน 3. มองผานเกรตตงไปยงหลอดสเปกตรมของไฮโดรเจน จะเหนแถบของ เสนสเปกตรมทดานขางทงทางดานซายและทางดานขวาของแผนเกรตตง
ภำพท 3.2 เสนสเปกตรมของหลอดไฮโดรเจน จากแผนเกรตตง 4. อานคาต าแหนงของเสนสเปกตรมแตละส ทอยดานขวามอทมองเหนสไดชดเจนทสด โดยวดจากหลอดสเปกตรม ก าหนดใหเปนระยะ RX 5. อานคาต าแหนงของเสนสเปกตรมแตละส ทอยดานซายมอ โดยวดจาก หลอดสเปกตรม ก าหนดระยะ LX
22
ภำพท 3.3 การอานคาต าแหนงของเสนสเปกตรมแตละส ทอยดานขวามอและซายมอ ( )
2+= LR XXX (3.1)
6. ใชโปรแกรม Excel เขยนกราฟความสมพนธระหวางระยะต าแหนง X (cm) และความยาวคลนอางอง (nm) 7. น าสมการความสมพนธระหวางระยะต าแหนง X (cm) และความยาวคลน อางอง (nm) มาค านวณหาคาระยะเบน (cm) ตงแตความยาวคลน 400 – 700 nm 8. น าคาทค านวณไดมาสรางสเกล โดยคดชองของความยาวคลนทกๆชวง ชวงละ 50 nm
9. ค านวณหาคาความยาวคลนทระยะต าแหนง X ของแตละครง
ขนตอนท 2 วธกำรทดลองโดยใชแผนซด วดความยาวคลนต าแหนงของสเปกตรมของหลอดไฮโดรเจน เพอเขยนกราฟระหวาง
ความยาวคลนกบต าแหนง ซงท าไดดงน 1. น าหลอดสเปกตรมของไฮโดรเจนมาเชอมตอกบชดสเปกตรมกลองไมทเตรยมไว 2. เปดสวทซของชดสเปกตรมกลองไม เพอจายไฟใหหลอดสเปกตรมของไฮโดรเจน แลวรอสกคร เพอใหหลอดนนตดสวางเตมท
ภำพท 3.4 การเปลงแสงของหลอดสเปกตรมไฮโดรเจน
23
3. มองผานแผนซด ไปยงหลอดสเปกตรมของหลอดไฮโดรเจน จะเหนแถบส ของแตละดานทงทางดานซายและดานขวามอของแผนซด
ภำพท 3.5 เสนสเปกตรมของหลอดไฮโดรเจน จากแผนซด 4. อานคาต าแหนงของเสนสเปกตรมแตละส ทอยดานขวามอ โดยวดจาก หลอดสเปกตรม ก าหนดใหเปนระยะ RX 5. อานต าแหนงของเสนสเปกตรมแตละส ทอยดานซายมอ โดยวดจาก หลอดสเปกตรม ก าหนดใหเปนระยะ LX
ภำพท 3.6 การอานคาต าแหนงของเสนสเปกตรมแตละส ทอยดานขวามอและซายมอ
โดยใชสมการหาคาเฉลย ท 3.2
( )2+= LR XXX (3.2)
6. ใชโปรแกรม Excel เขยนกราฟความสมพนธระหวางความยาวคลน (nm) และ ระยะต าแหนง X (cm) 7. น าสมการความสมพนธระหวางความยาวคลน (nm) และ ระยะต าแหนง X (cm) มาค านวณหาคาความยาวคลนของแถบสเปกตรมทวดได
24
8. น าคาความยาวคลนของแถบสเปกตรมทวดได แลวน าไปเปรยบเทยบกบ ความยาวคลนอางอง เพอหาคาเปอรเซนตความเคลอนของแผนซด โดยสามารถค านวณหาเปอรเซนตความคลาดเคลอนไดจากสมการท 3.3 (3.3)
ขนตอนท 3 วธกำรสรำงเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด
ภำพท 3.7 การจดชดทดลอง โดยใชแผนซด
1. น าแผนซด มาลอกดานทเปนกระดาษสขาวออก โดยการน าไปตมกบน ารอน โดยใหแผนกระดาษสขาวนนหลดออกหมด จนแผนซดเปนสใสเพอสะดวกกบการอานคาของเสนสเปกตรม
ภำพท 3.8 แผนซดสใส
2. น าไมบรรทดชนดสน มาตดบนแผนซด เพอใชเปนสเกล และน าไปตดกบขาตง โดยจะยด
กบตวกลองมดทสรางขนมา
25
ภำพท 3.9 สเกลทตดกบแผนซด
3. ขาตงส าหรบใชในการหนบแผนซดเพอใชในทดลองทสามารน าไปใสในกลองมด
ภำพท 3.10 ขาตงส าหรบใชในการหนบแผนซด
4. ชดสเปกตรมกลองไมส าเรจรปทใสหลอดไฮโดรเจน
ภำพท 3.11 ชดสเปกตรมกลองไมพรอมหลอดไฮโดรเจน
5. กลองมดทใชส าหรบการทดลอง จ าลองขนแทนหองมดซงมขนาด ความกวาง 30.5 cm ความยาว 37 cm และความสง 39.5 cm
26
ภำพท 3.12 กลองมดทใชทดลอง จ าลองขนแทนหองมด
6. น าแผนซด ทตดไมบรรทดและขาตง วางหางจากชดสเปกตรมกลองไมทอยภายในกลองโดยประมาณทระดบสายตาเรามองเหนได ซงระยะหางทสามารถมองเหนได 11 cm
ภำพท 3.13 กลองชดทดลองสเปกตรมของแผนซด 3.3 กำรเกบรวบรวมขอมล
เกบรวบรวมขอมลจากการวดระยะต าแหนงของเสนสเปกตรมของแผนเกรตตงและแผนซดโดยใชแสงจากหลอดสเปกตรมของหลอดไฮโดรเจน แลวน าคาทไดค านวณเพอหาคาความยาวคลนของแสงสเปกตรม พรอมทงเกบขอมลการเปรยบเทยบเปอรเซนตความคลาดเคลอน
27
3.4 กำรวเครำะหขอมล ในการสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด ซงมวธการด าเนนการทดลอง โดยการ
น าคาความยาวคลนอางองของแถบสสเปกตรมสตางๆ มาเปรยบเทยบกบคาความยาวคลนเฉลยทไดจากการทดลองจากแผนเกรตตงและแผนซด โดยน ามาเปรยบเทยบหาคาเปอรเซนตความคลาดเคลอน ซงสามารถทจะน าแผนซดมาใชแทนแผนเกรตตงไดในการสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอรโดยใชแผนซดซงใชเปนสอการสอนได
บทท 4
ผลการวจยและอภปรายผล
ผลจากการทดลองวจย เร อง การสร าง เกรตต งสเปกโตรม เตอร โดยใชแผนซด ซ งคาท ไดจากการทดลองการวดต าแหนงของเสนสเปกตรมของแผนเกรตตงและแผนซด โดยการใชแสงจากหลอดสเปกตรมไฮโดรเจน โดยผลจากการทดลองจากการอานคาระยะต าแหนงของแถบสสเปกตรมของแผนเกรตตงและแผนซดทได เปนดงน 4.1 ผลการวจย
1. ผลการทดลองจากการอานต าแหนงของแถบสเปกตรมของหลอดไฮโดรเจน จากแผนเกรตตง
ตารางท 4.1 ตารางแสดงผลการทดลองจากการวดคาต าแหนงของแถบสสเปกตรมของแผนเกรตตง
สสเปก ตรม
ความยาวคลนอางอง (nm)
( )cmX R ( )cmX L
( )2+= LR XXX
ครงท
1
ครงท
2
ครงท
3
ครงท
1
ครงท
2
ครงท
3
ครงท
1
ครงท
2
ครงท
3 มวง เขยว แดง
410.12 486.04 656.21
3.00 4.00 5.80
4.00 4.50 6.00
4.00 4.20 6.00
2.80 3.50 4.50
3.00 3.50 5.00
3.00 3.50 5.00
2.90 3.75 5.15
3.50 4.00 5.50
3.50 3.85 5.50
จากตารางท 4.1 เปนคาความยาวคลนอางองของแถบสสเปกตรมของแผนเกรตตงของสทง 3
ส คอ สมวง สเขยวและสแดง ทมความยาวคลน 410.12 nm 486.04 nm 656.21 nm ตามล าดบ โดยการทดลองวดคาของแถบสสเปกตรมของแผนเกรตตงทงสองดาน ไดแกทางดานซาย ( )RX และทางดานขวา ( )LX หนวย cm ซงจะทดลองวดคาซ ากน 3 ครงแลวน าคาทไดจากการวดแถบส 3 ครงหาคาเฉลย
29
จากตารางท 4.1 น าไปเขยนกราฟแสดงความสมพนธระหวางระยะต าแหนง X (cm) และความยาวคลนอางอง (nm) จะไดกราฟดงน
ภาพท 4.1 กราฟแสดงความสมพนธระหวางระยะต าแหนง X (cm) กบความยาวคลนอางอง (nm)
จากภาพท 4.1 น าสมการเสนตรงทง 3 สมการทไดจากกราฟ น ามาค านวณหาระยะเบนตงแตความยาวคลน 400 – 700 nm โดยคดในชวงละ 50 nm จะไดผลลพธตามตารางดงน
ตารางท 4.2 ตารางแสดงคาความยาวคลนกบระยะเบน
ความยาวคลน (nm)
ระยะเบนครงท 1 (cm)
ระยะเบนครงท 2 (cm)
ระยะเบนครงท 3 (cm)
400 450 500 550 600 650 700
2.88 3.33 3.78 4.23 4.68 5.13 5.58
3.34 3.75 4.16 4.57 4.98 5.39 5.80
3.30 3.72 4.14 4.56 4.98 5.40 5.82
จากตารางท 4.2 จะน าคาทค านวณไดตามตารางนมาสรางสเกล ซงจาตารางจะพบวา ทกๆ
ชวง 50 nm ระยะเบนจะหางกนเทากน โดยทระยะเบนครงท 1 จะหางกนเทากบ 0.45 cm ครงท 2 หางกนเทากบ 0.41 cm และครงท 3 หางกนเทากบ 0.42 cm
30
จากตารางท 4.1 และ 4.2 สามารถค านวณหาคาความยาวคลนทระยะต าแหนง X ของ แตละครงได แลวน าไปเปรยบกบคาความยาวคลนอางอง โดยการหาเปอรเซนตคาความคลาดเคลอน ไดดงน ตารางท 4.3 ตารางแสดงคาความยาวคลนทวดไดจากการทดลองของแผนเกรตตง และคาความ
คลาดเคลอนเมอเทยบกบความยาวคลนอางอง
สสเปกตรม
ความยาวคลนอางอง
(nm)
ความยาวคลนทวดได (nm) คาเบยงเบนมาตรฐาน
ความคลาดเคลอน (%)
ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 คาเฉลย
มวง เขยว แดง
410.12 486.04 656.21
402.22 496.67 652.22
419.51 480.49 663.41
423.81 465.47 661.90
415.18 480.88 659.18
11.43 15.60 6.07
1.23 1.06 0.45
2. ผลการทดลองจากการอานต าแหนงของแถบสเปกตรมของหลอดไฮโดรเจน
จากแผนซด
ตารางท 4.4 ตารางแสดงผลการทดลองจากการวดคาต าแหนงของแถบสสเปกตรมของแผนซด
สสเปก ตรม
ความยาวคลนอางอง (nm)
( )cmX R ( )cmX L
( )2+= LR XXX
ครงท
1
ครงท
2
ครงท
3
ครงท
1
ครงท
2
ครงท
3
ครงท
1
ครงท
2
ครงท
3 มวง เขยวแดง
410.12 486.04 656.21
2.40 3.00 4.00
2.50 3.00 4.00
2.50 3.00 4.00
2.00 2.30 3.80
2.00 2.50 4.00
2.00 2.40 4.00
2.20 2.65 3.90
2.25 2.75 4.00
2.25 2.70 4.00
จากตารางท 4.4 เปนการทดลองการวดคาแถบสสเปกตรมของแผนซดของสทง 3 สของ
ความยาวคลนอางองไดคอ สมวง สเขยวและสแดง ทมความยาวคลน 410.12 nm 486.04 nm 656.21 nm ตามล าดบ โดยการทดลองวดคาของแถบสสเปกตรมของแผนซดทงสองดาน ไดแกทางดานซาย ( )RX และทางดานขวา ( )LX หนวย cm ซงจะทดลองวดคาซ ากน 3 ครงแลวน าคาทไดจากการวดแถบส 3 ครงหาคาเฉลย
31
จากตารางท 4.4 น าไปเขยนกราฟแสดงความสมพนธระหวางความยาวคลน (nm) และ ระยะต าแหนง X (cm) จะไดกราฟดงน
ภาพท 4.2 กราฟแสดงความสมพนธระหวางความยาวคลน (nm) กบระยะต าแหนง X (cm) ครงท 1
ภาพท 4.3 กราฟแสดงความสมพนธระหวางความยาวคลน (nm) กบระยะต าแหนง X (cm) ครงท 2
32
ภาพท 4.4 กราฟแสดงความสมพนธระหวางความยาวคลน (nm) กบระยะต าแหนง X (cm) ครงท 3
จากสมการทไดจากภาพท 4.2 4.3 และ 4.4 สามารถน าคาของระยะต าแหนง X ตางๆ ในตารางท 4.4 แทนท X ในสมการทไดจากกราฟทง 3 สมการ จะสามารถค านวณหาคาความยาวคลนของแถบสเปกตรมทวดได แลวน าไปเปรยบเทยบกบความยาวคลนอางอง เพอหาคาเปอรเซนตความเคลอนของแผนซด จากคาทไดจากการทดลอง มดงน
ตารางท 4.5 ตารางแสดงคาความยาวคลนทวดได จากการทดลองของแผนซด และ
คาความคลาดเคลอนเมอเทยบกบความยาวคลนอางอง
สสเปกตรม
ความยาวคลนอางอง
(nm)
ความยาวคลนทวดได (nm) คาเบยงเบนมาตรฐาน
ความคลาดเคลอน (%) ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 คาเฉลย
มวง เขยว แดง
410.12 486.04 656.21
415.05 479.36 658.00
425.18 486.71 640.52
415.91 478.22 658.20
418.71 481.43 652.24
5.62 4.61 10.15
2.09 0.95 0.60
จากตารางท 4.5 เปนคาความยาวคลนของแถบสสเปกตรมของสมวง สเขยว และสแดงของ
คาความยาวคลนอางองและคาความยาวคลนของแผนซดทวดไดทง 3 ครง แลวน ามาหาคาเฉลยและเปรยบเทยบคาความยาวคลนอางองกบคาความยาวคลนของแผนซดทวดไดโดยวธการหาเปอรเซน ตความคลาดเคลอน
33
4.2 การอภปรายผล จาการทดลองการสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอรโดยใชแผนซด ผลปรากฏวาแถบสทสามารถ
มองเหนไดนน ซงตรงกบแผนเกรตตงทใชในการศกษา โดยแถบสสเปกตรมทมองเหน ไดแก สมวง สเขยว และสแดง และเมอน าคาความยาวคลนอางองกบคาความยาวคลนเฉลยทไดจากวดแถบส ของสเปกตรมจากแผนเกรตตงและแผนซด สามารถเปรยบเทยบไดดงภาพท 4.5 ดงน
ภาพท 4.5 การเปรยบเทยบคาความยาวคลนอางองกบคาความยาวคลนเฉลยทไดจากแถบส ของสเปกตรมจากแผนเกรตตงและแผนซด
จากความสมพนธระหวางคาความยาวคลนอางองกบคาความยาวคลนเฉลยทไดจากการวดแถบสของสเปกตรมจากแผนเกรตตงและแผนซด สามารถเปรยบเทยบใหเหนถงเปอรเซนต ความคลาดเคลอนระหวางคาความยาวคลนของแผนเกรตตงและแผนซดไดดงน
34
ภาพท 4.6 การเปรยบเทยบเปอรเซนตความคลาดเคลอนของคาความยาวคลนเฉลยทไดจากแถบส ของสเปกตรมจากแผนเกรตตงและแผนซดเมอเทยบกบความยาวคลนอางอง
จากการทดลองการสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอรโดยใชแผนซด ผลปรากฏวาแถบสทสามารถมองเหนไดนน ซงตรงกบแผนเกรตตงทใชในการศกษา โดยแถบสสเปกตรมทมองเหน ไดแก สมวง สเขยว และสแดง และเมอพสจนโดยการหาคาเปอรเซนตความคลาดเคลอนของแผนเกรตตงและแผนซดเมอเทยบกบความยาวคลนอางอง พบวาคาเปอรเซนตความคลาดเคลอนมคาไมเกน 5 % โดยทเปอรเซนตความคลาดเคลอนของแถบสสเปกตรม สมวง สเขยว และสแดง ของแผนเกรตตง คอ 1.23 % 1.06 % และ 0.45 % และแผนซด คอ 2.09 % 0.95 % และ 0.6 % ตามล าดบ
บทท 5
สรปผลและขอเสนอแนะ 5.1 สรปผลการทดลอง
จากการทดลองการสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยการใชแผนซด ซงจะใชแสงจากหลอดสเปกตรมไฮโดรเจน และผลจากการทดลองทได สามารถเหนแถบสของสเปกตรมทมองเหนได มอย 3 ส ไดแก สมวง สเขยว และสแดง ตามล าดบ โดยทการทดลองทง 2 ตอน จะน าคาความยาวคลนเฉลยมาเปรยบเทยบกบความยาวคลนอางอง คอ สมวง เทากบ 410.12 nm สเขยว เทากบ 486.04 nm และสแดง เทากบ 656.21 nm ซงผลการทดลองทไดคอ
จากการทดลองในตอนท 1 การทดลองโดยใชแผนเกรตตง แลวอานคาระยะต าแหนงของแถบสเสนสเปกตรมของแผนเกรตตง พบวาแถบสทมองเหนได มอย 3 ส ไดแก สมวง สเขยว และสแดง ตามล าดบ ซงแตละสมความยาวคลนเฉลย คอ สมวง เทากบ 415.18 nm สเขยว เทากบ 480.88 nm และสแดง เทากบ 659.18 nm และในการทดลองตอนท 2 การทดลองโดยใชแผนซด แลวอานคาระยะต าแหนงของแถบสเสนสเปกตรมของแผนซด พบวาแถบสทมองเหนได มอย 3 ส เชนเดยวกบแผนเกรตตง ซงแตละสมความยาวคลนเฉลย คอ สมวง เทากบ 418.71 nm สเขยว เทากบ 481.43 nm และสแดง เทากบ 652.24 nm และหาคาเปอรเซนตความคลาดเคลอนของ แผนเกรตตงและแผนซดเมอเทยบกบความยาวคลนอางอง พบวาคาเปอรเซนตความคลาดเคลอนมคาไมเกน 5 % โดยทเปอรเซนตความคลาดเคลอนของแถบสสเปกตรม สมวง สเขยว และสแดง ของแผนเกรตตง เทากบ 1.23 % 1.06 % และ 0.45 % และแผนซด เทากบ 2.09 % 0.95 % และ 0.6 % ตามล าดบ ดงนนจากผลการทดลองการสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด จะเหนไดวา การทดลองโดยใชแผนซดนน จะมคาเปอรเซนตความคลาดเคลอนใกลเคยงกนกบการทดลอง โดยใชแผนเกรตตง และคาความคลาดเคลอนทไดจากการทดลองไมเกน 5 %
ดงนนสรปไดวา ในการสรางเกรตตงสเปกโตรมเตอร โดยใชแผนซด สามารถใชเปนสอการเรยนการสอนวทยาศาสตรแทนการใชสอในหองปฏบตการทดลองจรงได โดยสามารถน าแผนซดมาใชแทนแผนเกรตตงได
5.2 ขอเสนอแนะ
1. ในการเปรยบเทยบคาอตราชองของเกรตตงจะแตกตางกนกบแผนซด ควรจะเลอกใชเกรตตงขนาด 600 Lines/mm เพราะเสนสเปกตรมทมองเหนจะชดเจนเมอใชควบคกน
2. .สามารถทจะพฒนาการทดลองนไดโดยการน าวสดใกลตวอนๆทมสมบตเปน Double Slit, Single Slit ทดลองการเลยวเบนของแสงหรอหาคลนชนดอนๆ มาท าการทดลองเพอตอยอดงานวจยได
2. ในการทดลองไมควรเคลอนยายอปกรณการทดลอง เนองจากคาทไดจะไมคงท 3. ในการดแถบสของเสนสเปกตรมแตละสนน ใหระยะสายตาอยในแนวเดยวกนจนกวาจะ
บนทกคาเรยบรอยแลว
เอกสารอางอง
คลงความรสความเปนเลศทางวทยาศาสตร คณตศาสตรและเทคโนโลย. (2555). แสง. [On-line]. Available : http://snooker-chalida.blogspot.com/2011/01/grating.html [2556, พฤษภาคม 15].
จมพล ขอบข า ศราวธ มเครอ ศรนช จนดารกษ และชโนภาส ชนลกษณดาว. (2547). การวดความ ยาวคลนของแสงฮเลยม-นออนเลเซอรดวยเทคนคการเลยวเบน. วารสารวทยาศาสตร มหาวทยาลยนเรศวร, 1 (2), 53-60.
จ ร ส บ ณ ย ธ ร ร ม า . (2552). ธ ร ร ม ช า ต ข อ ง แ ส ง . [ On-line]. Available: http://www.rmutphysics.com. [2556, กรกฎาคม 6].
ชโนทย ปฏมาภรณชย. (2545). การตรวจวดน าหนกระยะไกลโดยใชเกรตตงใยแกว. วทยานพนธ มหาบณฑต วศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร. ชยวฒน คประตกล. (2547). บทความพเศษ. [On-line]. Available:http://www.electron.
rmutphysics.com/news/index.php?option=com_content&task=view&id=676&Itemid=14. [2556, กรกฎาคม 18].
ชลพร วงศธวชนกล และส าราญ ลาชโรจน. (2547). สมบตเชงอณหภมของสเปกตรมของแสงจาก หล อด ไ ฟ ฟ า แ บ บ ใ ช ไ ส ห ล อด . ว ท ย า น พน ธ ม ห า บ ณ ฑ ต ค ณ ะว ท ย า ศ า ส ต รมหาวทยาลยเชยงใหม.
เชดตระกล หอมจ าปา และอซมาอ แวสามะ. (2552). การวดสเปกตรมของวตถด า. ใน การประชม วชาการฟสกสและวทยาศาสตรทวไป กลมราชภฏเขตภมศาสตรภาคใต คร งท 10 (หนา 48-57).
ธนการต ศรตนวงค. (2553). การประดษฐชดอปกรณประกอบกลองเพอการถายภาพสเปกตรมแสง เลยวเบนผานเกรตตง. วารสารวจยทางการศกษา คณะศกษาศาสตร มศว, 5 (2), 10-15.
นฤดม นวลขาว. (2543). การศกษาออกแบบสเปกโตรมเตอรสาหรบการวดการแผรงสเอกซพลงงานตา. วทยานพนธมหาบณฑต สาขาวชาฟสกส มหาวทยาลยเทคโนโลยสรนาร.
ประสบพร จลบตร สกลกานต บญเรอง และวษณ เพชรภา. (2555). การสรางเกรตตงเลยวเบนจาก ฟลมไฮบรดไวแสงระหวางซลกอนไดออกไซดโดยอาศยหลกการแทรกสอด. วารสารวทยาศาสตร ลาดกระบง, 21 (1), 55-65.
ภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคล. (2555). คลนแมเหลกไฟฟา. [On-line].Available: http://www.rmutphysics.com/PHYSICS/oldfront/100/2/emw1
[2556, พฤษภาคม 30].
37
แ ม ค . ( 2551) . ค ว า ม ห ม า ย ข อ ง ส อ ก า ร ส อ น . [ On-line].Available: http://sayan201.blogspot.com/ [2556, พฤษภาคม 15].
สาขาวชาคณตศาสตรและสถต. (2542). เอกสารประกอบการเรยนการสอนวชาการคดและตดสนใจ. มหาวทยาลยราชภฏยะลา.
สาโรช พลเทพ. (2545). การวดสเปกตรมของแสงดวยโฟโตไดโอดแอรเรย. วทยานพนธมหาบณฑต วศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร. สทธชย ปนกาญจนโรจน นพฤทธ จนนทยา และกนกพจน อารกล. (2549). การวเคราะหสเปกตรม
จ า ก ซ ซ ด ส เ ป ก โ ต ร ม เ ต อ ร ด ว ย พ ช ค ณ ต . ใ น ก า ร ป ร ะ ช ม ท า ง ว ช า ก า ร ข อ งมหาวทยาลยเกษตรศาสตร คร งท 44 สาขาวทยาศาสตร (หนา 493-499).
สมเสมอ ทกษณ. (2551). การสรางเกรตตงระนาบแบบสงผานโดยการแทรกสอดของลาแสงเลเซอร. วทยานพนธ สาขาวชาฟสกส มหาวทยาลยศรนครนทรวโรฒ.
ภาคผนวก
39
ภาคผนวก ก อปกรณการทดลองและอปกรณการสราง
40
ภาคผนวก ก. อปกรณการทดลอง
ภาพชดสเปกตรมกลองไม
ภาพแผนเกรตตง 600 Lines/mm
หลอดสเปกตรมของไฮโดรเจน
41
ภาพไมบรรทด
ภาพแผนซด
ภาพขาหนบแผนซด
42
ภาคผนวก ข การค านวณหาคาความยาวคลนของเกรตตงและแผนซด
43
การหาคาความยาวคลนของเกรตตง 1. การค านวณหาระยะเบนครงท 1 ทความยาวคลนเทากบ 400 nm จากสมการภาพท 4.1
Y = 0.009 – 0.718 = 0.009(400) – 0.718
= 2.88 cm
Y = 0.009 – 0.718 = 0.009(450) – 0.718
= 3.33 cm 2. การค านวณหาคาความยาวคลนทระยะต าแหนง ของแตละครง จากตารางท 4.1 (ครงท 1) สมวงทต าแหนง = 2.90 cm สเขยวทต าแหนง = 3.75 cm และ สเขยวทต าแหนง = 5.15 cm ดงตารางท 4.2 จะได
สมวง
ระยะเบนหาง 0.45 cm ความยาวคลนหางกน 50 nm
ถาระยะเบนหาง 0.02 cm ความยาวคลนหางกน nm22.245.0
5002.0
เพราะฉะนน ความยาวคลนของแสงสมวงเทากบ 2.22 + 400 = 402.22 nm
ความยาวคลน (nm)
ระยะเบนครงท 1 (cm)
400 450 500 550 600 650 700
2.88 3.33 3.78 4.23 4.68 5.13 5.58
= 2.90 cm
= 3.75 cm
= 5.15 cm
44
สเขยว ระยะเบนหาง 0.45 cm ความยาวคลนหางกน 50 nm
ถาระยะเบนหาง 0.42 cm ความยาวคลนหางกน nm67.4645.0
5042.0
เพราะฉะนน ความยาวคลนของแสงสมวงเทากบ 46.67 + 450 = 496.67 nm
สแดง ระยะเบนหาง 0.45 cm ความยาวคลนหางกน 50 nm
ถาระยะเบนหาง 0.02 cm ความยาวคลนหางกน nm22.245.0
5002.0
เพราะฉะนน ความยาวคลนของแสงสมวงเทากบ 2.22 + 650 = 652.22 nm
การหาคาความยาวคลนของแผนซด 1. การค านวณหาคาความยาวคลนทระยะต าแหนง ของแตละครง จากสมการภาพท 4.2
Y = 142.91 + 100.65 และจากตารางท 4.4 (ครงท 1) สมวงทต าแหนง = 2.90 cm แทนคาจะได
Y = 142.91(2.20) + 100.65 = 415.05 nm
สเขยวทต าแหนง = 2.65 cm Y = 142.91(2.65) + 100.65 = 479.36 nm
สแดงทต าแหนง = 3.90 cm Y = 142.91(3.90) + 100.65
= 658.00 nm
45
ภาคผนวก ค การค านวณหาคาคาเปอรเซนความคลาดเคลอน
46
1. การค านวณคาความคลาดเคลอนของเกรตตงเมอเทยบกบความยาวคลนอางอง จากสตร
แทนคาจะได
% Err สมวง = %10012.410
12.41018.415
= %10012.410
06.5
= %23.1
% Err สเขยว = %10004.486
04.48688.480
= %10004.486
16.5
= %06.1
% Err สแดง = %10021.656
21.65618.659
= %10021.656
96.2
= %45.0
47
1. การค านวณคาความคลาดเคลอนของแผนซดเมอเทยบกบความยาวคลนอางอง จากสตร
แทนคาจะได
% Err สมวง = %10012.410
12.41071.418
= %10012.410
59.8
= %09.2
% Err สเขยว = %10004.486
04.48643.481
= %10004.486
61.4
= %95.0
% Err สแดง = %10021.656
21.65624.652
= %10021.656
97.3
= %60.0
48
ประวตผวจย
49
ล าดบท 1 1. ชอ-สกล : (ภาษาไทย) นางสาวนสรนา เจะมะ
(ภาษาองกฤษ) Miss. Nussrina Jehma 2. เลขหมายบตรประจ าตวประชาชน : 1901000051048 3. ต าแหนงปจจบน : นกวทยาศาสตรฟสกส 4. หนวยงานและสถานทอยทตดตอไดสะดวก พรอมหมายเลขโทรศพท โทรสาร ศนยวทยาศาสตรและวทยาศาสตรประยกต มหาวยาลยราชภฏยะลา หมายเลขโทรศพท 086-969-5073 Email : [email protected] 5. ประวตการศกษา
ระดบการศกษา สถานศกษา ปทจบการศกษา
มธยมศกษาตอนตน รร.เทศบาล 5 (บานตลาดเกา) 2544 มธยมศกษาตอนปลาย รร.คณะราษฎรบ ารงจงหวดยะลา 2547 ปรญญาตร (วทบ.ฟสกส) ม.สงขลานครนทร 2551
6. สาขาวชาการทมความช านาญพเศษ กลศาสตรฟสกส ไฟฟาและอเลกทรอนกส แสง ส เสยง ล าดบท 2 1. ชอ-สกล : (ภาษาไทย) นางสาวอามาน สามะ
(ภาษาองกฤษ) Miss. Amani Sama 2. เลขหมายบตรประจ าตวประชาชน : 5941000028308 3. ต าแหนงปจจบน : นกศกษาสาขาฟสกส 4. หนวยงานและสถานทอยทตดตอไดสะดวก พรอมหมายเลขโทรศพท โทรสาร คณะวทยาศาสตรเทคโนโลยและการเกษตร มหาวยาลยราชภฏยะลา หมายเลขโทรศพท 063-089-6514 Email : [email protected] 5. ประวตการศกษา
ระดบการศกษา สถานศกษา ปทจบการศกษา
มธยมศกษาตอนตน รร.ธรรมวทยามลนธ 2552 มธยมศกษาตอนปลาย รร.ธรรมวทยามลนธ 2555 ปรญญาตร (วทบ.ฟสกส) ม.ราชภฏยะลา ก าลงศกษา
50
ล าดบท 3 1. ชอ-สกล : (ภาษาไทย) นางสาวนรซลา เละน
(ภาษาองกฤษ) Miss. Nurseela Lehnuh 2. เลขหมายบตรประจ าตวประชาชน : 1950800002512 3. ต าแหนงปจจบน : นกศกษาสาขาฟสกส 4. หนวยงานและสถานทอยทตดตอไดสะดวก พรอมหมายเลขโทรศพท โทรสาร คณะวทยาศาสตรเทคโนโลยและการเกษตร มหาวยาลยราชภฏยะลา หมายเลขโทรศพท 086-299-3753 Email : [email protected] 5. ประวตการศกษา
ระดบการศกษา สถานศกษา ปทจบการศกษา
มธยมศกษาตอนตน รร.ดารลฮดาวทยา 2552 มธยมศกษาตอนปลาย รร.ดารลฮดาวทยา 2555 ปรญญาตร (วทบ.ฟสกส) ม.ราชภฏยะลา ก าลงศกษา