Do wyznaczania współczynnika załamania światła w gazach wykorzystać można zjawisko interferencji wiązek światła spójnego, pochodzących z dwóch szczelin.

Interferencja- nakładanie się fal świetlnych, dźwiękowych o tej samej częstotliwości drgań, powodujące wzmaganie lub osłabienie efektu wywołanego przez te fale. Wiązki świetlne wychodzące ze szczelin ulegają interferencji w punkcie obserwacji zaś drogi przebyte przez te wiązki wynoszą:

gdzie: l - odległość szczelin od płaszczyzny obserwacji

d - wzajemna odległość szczelin

x,y - współrzędne punktu obserwacji

Różnica dróg przebytych przez promienie wynosi:

Jeżeli współczynnik załamania ośrodka, w którym rozchodzą się wiązki światła wynosi n to różnica dróg optycznych promieni będzie równa:

Współczynnik załamania światła- stosunek prędkości światła w próżni do prędkości światła w danym ośrodku.

Urządzeniem wykorzystującym zjawisko interferencji wiązek światła spójnego pochodzących z dwóch szczelin jest interferometr szczelinowy.

Interferometr optyczny- bardzo czuły przyrząd którego działanie opiera się na interferencji światła, wyróżnia się szczególnie silnym rozczepieniem światła na jego proste składowe jednobarwne. Zasada działania polega na rozdzieleniu wiązki światłą za pomocą odpowiedniego urządzenia na dużo wiązek spójnych, które po przebyciu różnych dróg optycznych interferują ze sobą. Otrzymane charakterystyczne prążki interferencyjne są źródłem wielu informacji. Są stosowane do pomiaru długości fal świetlnych i badania struktury linii widmowych, do dokładnych pomiarów długości, do pomiarów kątowych gniazd, w przemyśle do kontroli jakości elementów i układów optycznych.

Szczególnie dużą dokładnością pomiaru, ze względu na dużą spójność i monochromatyczność światła, odznaczają się interferometry laserowe.

Przebieg ćwiczenia

1. Sprawdzenie działania pompy (podciśnienie i nadciśnienie)

2. Ustawienie manometru na poziomie zero (oba słupy wody na tym samym poziomie)

3. Skokowa zmiana ciśnienia powietrza w jednej z kuwet interferometru

4. Po zmianie ciśnienia następuje ustawienie śrubą mikrometryczną prążków interferencyjnych (muszą się pokrywać)

5. Odczytanie wskazań manometru i interferometru.

6. Opracowanie wyników pomiaru.

7. Wykonanie wykresu.

8. Obliczenie błędu względnego i bezwzględnego wyniku końcowego.

9. Obliczenie współczynnika załamania światłą w powietrzu wg wzoru
   

k- przelicznik działek śruby mikrometru na długości drogi optycznej k=0,02 *m

Wykres

x	y
-155	-190
-145	-170
-128	-135
-87	-88
-50	-46
0	28
40	91
78	145
120	205
160	264
200	320

X= ciśnienie w mm słupa wody

Y= działki śruby mikrometrycznej

Regresja liniowa
*działki/mm słupa wody*

*działki]

Współczynnik załamania światła w powietrzu

oraz

Opracowanie błędu metodą różniczki zupełnej

Wnioski

Celem tego ćwiczenia było wyznaczenie wartości współczynnika załamania światła w powietrzu. Do wyznaczania tego współczynnika wykorzystano zjawisko interferencji wiązek światła spójnego, pochodzących z dwóch szczelin. Obraz interferencyjny stanowią dwa układy prążków, przy czym jeden z nich jest stałym układem odniesienia. Zmiany współczynnika załamania obserwuje się jako przesunięcie układy prążków pomiarowych wzglądem układu prążków odniesienia. Układ płytek kompensujących, z których jedna połączona jest ze śrubą mikrometryczną, umożliwia skompensowanie zmiany współczynnika załamania. Pomiary przeprowadzono dla nadciśnienia i podciśnienia. Na błędy pomiaru wpłynęły:

1. niedokładność sprzętu pomiarowego (nie można było utrzymać danej wartości ciśnienia przez chwilę pozwalającą na skorygowanie współczynnika załamania śrubą mikrometryczną)

2. nieznajomość wartości ciśnienia w dniu pomiaru - przyjęliśmy wartość 1000 hPa

1

2