Laboratorium z fizyki.
Wyznaczanie współczynnika załamania światła
w powietrzu.
ćwiczenie nr.6
Sekcja nr :4
1. WSTĘP.
W celu wyznaczenia współczynnika załamania światła w gazie można wykorzystać zjawisko interferencji wiązek światła spójnego, pochodzących z dwóch szczelin. Wiązka światła z punktowego źródła światła dociera do dwóch szczelin S1 i S2.
Wiązki świetlne wychodzące ze szczelin ulegają interferencji w punkcie obserwacji. Drogi r1 i r2 przebyte przez wiązki wynoszą :
gdzie :
L - odległość szczelin od płaszczyzny obserwacji
d - wzajemna odległość szczelin
x,y - współrzędne punktu obserwacji
Ponieważ różnica dróg przebytych przez promienie wynosi:
przy założeniu, że r1 ≈ r2 ≈ L.
2. OPIS PRZEBIEGU ĆWICZENIA.
W doświadczeniu tym użyto interferometru (refraktometru) szczelinowego wykorzystującego zjawisko interferencji wiązek światła spójnego pochodzących z dwóch szczelin.
Do jednej z kuwet podłączona jest pompa umożliwiająca dokonanie niewielkich zmian ciśnienia powietrza w stosunku do ciśnienia atmosferycznego. Obraz interferencyjny w płaszczyźnie obserwacji stanowić dwa układy prążków, przy czym jeden z nich jest stałym układem prążków odniesienia. Układ ten powstaje wskutek interferencji wiązek światła biegnących poniżej kuwet. Zmiana współczynnika załamania ośrodka na drodze jednej z wiązek przechodzących przez kuwety powoduje zmian rzędu widma Δm, którą obserwuje się jako przesunięcie układu prążków pomiarowych względem układu prążków odniesienia.
Zmieniając skokowo ciśnienie w jednej z kuwet interferometru, odczytano dla każdej wartości ciśnienia p wskazania śruby mikrometrycznej, przy którym górne i dolne prążki interferencyjne pokrywały się. Ciśnienie nieco wyższe (p0+Δp) i nieco niższe od aktualnego uzyskano za pomocą pompki, przekładając wąż na odpowiedni jej wylot. Pomiary starano się wykonać dla całego zakresu pomiarowego manometru wodnego, służącego do pomiaru Δp. Następnie dokonano pomiaru ciśnienia atmosferycznego po wskazywanego przez barometr rtęciowy.
p0=975.2 hPa
Wyniki pomiarów przedstawiono w tabelce :
Δl/ [działki] |
Δl/lo [μm/μm] |
ΔP [mm H2O] |
ΔP [hPa] |
ΔP/Po [hPa/hPa] |
Nadciśnienie |
||||
28 |
1.12E -06 |
45 |
4.414 |
0.004527 |
21 |
8.4E -07 |
24 |
2.354 |
0.002414 |
13 |
5.2E -07 |
12 |
1.177 |
0.001207 |
26 |
1.04E -06 |
39 |
3.825 |
0.003923 |
23 |
9.2E -07 |
35 |
3.433 |
0.003521 |
19 |
7.6E -07 |
15 |
1.471 |
0.001509 |
Podciśnienie |
||||
-20 |
-8E -07 |
-24 |
-2.354 |
-0.00241 |
-29 |
-1.16E -06 |
-32 |
-3.139 |
-0.00322 |
-30 |
-1.2E -06 |
-45 |
-4.414 |
-0.00453 |
-34 |
-1.36E -06 |
-50 |
-4.905 |
-0.00503 |
-64 |
-2.56E -06 |
-60 |
-5.886 |
-0.00604 |
Na podstawie otrzymanych wyników można wykreślić zależność Δl/lo w funkcji względnej zmiany ciśnienia. Współczynnik kierunkowy prostej na wykresie wynosi 0.0003214 ( ± 0.0000569).
Z podanego wzoru n=1+a można obliczyć współczynnik załamania światła.
Po podstawieniu n =1.000321 ( ± 0.0000569).
Współczynnik załamania światła w powietrzu wynosi po zaokrągleniu
1,00032 ( ± 0,00006) i zależy liniowo od ciśnienia co można zaobserwować na załączonym wykresie.