Espectroscopio simple casero. – II –

TALLER E INVESTIGACIÓN.

Espectroscopio simple casero. – II –

Desentrañando los misterios de la luz.

En la entrega anterior se realizó un espectroscopio a partir de un CD. En esta haremos el mismo aparato pero la red de difracción la obtendremos de un DVD, el cual posee muchas más líneas por milímetro que el CD.

El DVD posee una distancia entre “surco” y “surco” de 0,74 µm, lo que representa unas 1.351 líneas por milímetro lineal. El ancho del “surco” es de 0,32 µm. Si comparamos estos valores con los del CD, queda claro que la densidad de información que puede almacenar un DVD es mayor ya que posee mayor cantidad de líneas por milímetro.

Para el diseño de los tubos del espectroscopio, repetiremos los cálculos que se efectuaron para la construcción del aparato espectral anterior.

Este espectroscopio también lo fabricaremos con cartón de construcción de maquetas de 2 mm de espesor llamado a veces cartón 2 en kilo.

Para determinar el ángulo de desviación que tendrá el tubo ocular con respecto al tubo de admi-sión resolvemos la ecuación que define el ángulo de difracción (θ) que sufre un rayo de luz al atravesar una red de difracción:

Sen(θ)=m × λ /d

Donde:

θ = Ángulo de difracción con respecto al eje óptico.
λ = Longitud de onda de la radiación (luz).
d = Constante de la red de difracción. (Separación entre línea y línea de la red)
m = Orden de difracción. En nuestro caso es el primer orden, m=1, para obtener un espectro brillante a cambio de resolución.

El espectro visible está comprendido entre las longitudes de onda de 0,4 µm para el color violeta y 0,7 µm para el color rojo aproximadamente.

Nuestra red de difracción fabricada a partir del DVD tiene una constante de red de 0,74 µm.

Con estos valores de longitud de onda, de la constante de la red y que utilizaremos la difracción de primer orden, podemos determinar resolviendo la ecuación anterior los ángulos de difracción extremos:

Para el Violeta, θ = 33º
Para el Rojo, θ = 71º

El ángulo medio entre los dos colores nos determina la desviación o la inclinación del tubo ocular con respecto al tubo de admisión, este ángulo medio es de 52º.

La longitud del tubo ocular la establecemos de acuerdo al “ancho” que queremos tener de arcoíris. En este proyecto, el ancho del arcoíris observado será de 20 mm como en el caso anterior.

El valor de dispersión que permite la red de difracción para los dos extremos del espectro visible es de 38º (ángulo del color rojo menos el ángulo del color violeta). Podemos construir un triángulo rectángulo con cateto adyacente igual a la longitud del tubo ocular buscada, el cateto opuesto igual a la mitad del ancho del arcoíris buscado (10 mm) y por ángulo entre la hipotenusa y el cateto adyacente igual a la mitad del ángulo abarcado por la difracción (19º).

De aquí que la longitud queda definida por:

L= 10/Tg(19º)

Longitud del tubo ocular: 30 mm.

En este caso, la rendija colimadora tendrá las mismas dimensiones que la anterior, pero la distan-cia de esta hasta la red será de 20 centímetros, longitud de enfoque.

Para obtener la red de difracción a partir del DVD el procedimiento es otro al utilizado en el CD ya que la tecnología de construcción es diferente. A diferencia del CD, en el DVD la capa platinada está contenida entre dos discos de plástico óptico, uno de los discos tiene adherida la cara con el rótulo y el otro contiene los “surcos”.

Para retirar la capa platinada tenemos que separar los dos discos. Esta operación es delicada y peligrosa ya que se requiere de un exacto o bisturí; tratando de introducir el filo de la herramienta entre los cantos de los dos discos, los riesgos de córtanos los dedos son altos y de allí que tenemos que tomar todas las previsiones de seguridad necesarias.

Una vez que la punta de nuestra herramienta filosa logra penetrar entre los dos discos, debemos separarlos con mucho cuidado, verificando y buscando que la capa plateada se quede adherida en el disco que tiene la carátula del disco.

Las imágenes siguientes muestran el procedimiento:

Separando los discos.




Discos separados.


Aunque no se logró un desprendimiento total de la capa platinada del disco del DVD que posee los surcos, la misma quedó lo suficientemente transparente como para utilizarlo para hacer la red de difracción.
Recortando red de 33 x 33 mm del disco que posee los surcos.





La plantilla para hacer el espectroscopio a partir del DVD se expone a continuación.
Tapas laterales.



Tapa superior.



La línea punteada indica el lugar donde se hará un corte parcial del cartón de 2 mm, con profundi-dad de 1 mm para poder doblar con facilidad la tapa y esta se ajuste al contorno de las tapas late-rales.

Tapa inferior.



Rendija (máscara).



La posición de la rendija colimadora con respecto a la máscara en este caso es marcadamente asimétrica debido al ángulo de difracción tan pronunciado para el color rojo (71º), con la intención de que el espectro reproducido por la red de difracción quede centrado con respecto al eje del tubo ocular la rendija colimadora no está centrada en la máscara, la imagen siguiente muestra los ángulos extremos de la difracción de los rayos de luz proveniente de la rendija y el centrado de la misma.



Recordemos que la máscara es sumamente importante para mejorar la calidad óptica del instrumento.

No olvidemos que al colocar la red de difracción, que las líneas de mayor amplitud van hacia abajo y esto lo podemos determinar al observar la difracción en forma de abanico que produce la red obtenida del DVD, es el mismo caso que el del espectroscopio hecho con en CD.



Para evitar los reflejos internos en el aparato espectral, lo pintamos de negro mate internamente.



Aspecto final de espectroscopio, cara anterior y cara posterior.





Al realizar nuestras primeras observaciones notaremos que la imagen espectral creada por este espectroscopio es más amplia que la obtenida con el aparato fabricado a partir del CD. Es lo que debe suceder ya que la red conseguida con el DVD posee más líneas por milímetro, más del doble, lo que permite un ángulo mayor de difracción y un poder de resolución mayor.

Como la capa platinada no se desprendió del todo del disco dejando una fina película semiplateada del material reflectante, las imágenes obtenidas con este aparato son más obscuras y “pobres” que con el espectroscopio anterior, sin embargo se puede notar su mejor poder de separación al observar los espectros discontinuos de las lámparas de descarga.

Esta entrega es complemento de la anterior, permitiéndonos observar algunos comportamientos ópticos como el fenómeno de difracción y la influencia de la constante de la red sobre el mismo, como la rendija mejora la calidad de las imágenes espectrales y constatar directamente cual es el fundamento del análisis espectrográfico al observar los patrones emitidos por las diferentes lámparas de destellos.