§3: Golfgedrag van licht

Experiment: Kleuren op een CD of DVD

De opdracht

Let op: schrijf de antwoorden op de vragen op in je schrift!

Doel

Het begrijpen van het kleurenpatroon op een CD

CD

Vast en zeker heb je ooit gezien dat een CD verschillende kleuren weerkaatst als er licht op valt. Dit zie je het best in het zonlicht of als er een kleine felle lichtbron op de CD schijnt. Eigenlijk is het best vreemd dat als je een CD op een bepaalde stand houdt je alle kleuren licht ziet. De lichtbron zendt immers zelf wit licht uit. Dit verschijnsel kan je het beste verklaren door aan te nemen dat licht een golfkarakter heeft. In dit experiment ga je onderzoeken hoe de kleuren op een CD ontstaan.

Experiment

Pak een CD en houd deze terwijl je onder een TL-balk staat. Zorg dat je de witte TL balk ziet als reflectie op het stukje CD wat het verste van je af is.

1. Kantel de CD naar je toe zodat de reflectie in je CD ziet verdwijnen. Wat zie je dan?
2. Ga na of je alle kleuren van de regenboog kunt zien.

In een CD zitten op vaste afstanden kleine putjes. Deze putjes bevinden zich in cirkelvormige lijnen op de CD. In deze structuur van putjes ligt de informatie van de CD opgeslagen. De ruimte tussen de putjes zijn spiegelend en weerkaatsen hierdoor het licht. Bij het weerkaatsen van het licht zal er interferentie ontstaan tussen de verschillende weerkaatste lichtstralen. Het oppervlak van de CD noemen we daarom ook wel een reflectietralie. De gemiddelde afstand tussen de lijnen bedraagt 1,6 $$\mu$$m.

3. Bereken hoeveel lijnen er naast elkaar liggen op een centimeter.

Er ontstaat een interferentiepatroon door dat licht op de CD valt. Dit zorgt ervoor dat de verschillende kleuren worden waargenomen. Het verband tussen de afbuigingshoek en de golflengte wordt gegeven door:

$$\quad sin \alpha=\frac{n·\lambda}{d} $$ [1]

Hierin is:
- $$\alpha$$ de hoek tussen de afgebogen bundel en de rechtdoorgaande bundel
- $$n$$ is een geheel getal (0,1,2,…)
- $$\lambda$$ de golflengte van het licht in m
- $$d$$ de afstand tussen de lijnen op de CD in m

Licht van een halogeenlamp of van de zon bestaat uit alle kleuren van de regenboog. De hoeken waaronder de verschillende kleuren worden weerkaatst zijn dus verschillend.

4. Leg met behulp van formule [1] uit dat elke kleur onder een ander hoek wordt weerkaatst door de CD.

In de tabel hieronder is voor enkele kleuren licht de hoek uitgerekend waaronder de afgebogen lichtstraal zal worden gereflecteerd.

5. Maak de tabel hieronder af. Probeer in je eigen woorden uit te drukken hoe deze tabel verband houdt met jouw waarneming. (Welke kleur zie je waar en waarom?)

6. Bekijk opnieuw de kleuren op de CD en controleer dat je boven en onder het maximum van de 0^de orde twee volledige spectra ziet.