Определение показателя преломления воздуха при разных давлениях интерферометром Жамена

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

 

 

 

Кафедра общей и технической физики

 

 

 

Отчёт по лабораторной работе №3

 

Тема: Определение показателя преломления воздуха при разных давлениях                                            интерферометром Жамена

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы АХ-12               /Ляне Д.Г./

 

 

 

Проверил: проф. каф. ОиТФ___               /Пщелко Н.С./

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013

Цель работы: определить показатель преломления воздуха интерферометром Жамена.

Краткое теоретическое обоснование.

Интерференцией света называется сложение световых пучков, ведущее к образованию светлых и темных полос. Свет представляет собой электромагнитные волны. Как и всякие волны, световые волны могут интерферировать

Если две световые волны  придут в одну точку в одинаковой фазе, они будут усиливать друг друга. В этой точке образуется светлый участок интерференционной картины. В тех же точках пространства, в которые волны приходят в противоположных фазах, они будут ослаблять друг друга и там будет темный участок картины интерференции.

Таким образом, результат  интерференции зависит от разности фаз интерферирующих волн. Чтобы картина интерференции в каждой точке пространства не менялась со временем, необходимо, чтобы разность фаз была постоянной. В противном случае в каждой точке пространства волны будут то усиливать, то ослаблять друг друга и глаз, воспринимая усредненную картину, не обнаружит интерференционных полос. Следовательно, наблюдать интерференционную картину можно лишь в том случае, если интерферирующие волны имеют строго одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

Источники света и испускаемые ими лучи, удовлетворяющие указанным требованиям, называются когерентными.

Интерферометр Жамена (рис.1) состоит из двух одинаковых стеклянных плоских  пластин 1 и 2, посеребренных  с одной стороны. Параллельный пучок света от источника 3 падает на пластину 1. Часть света отражается от ее передней грани, а другая часть, преломившись, отражается от задней посеребренной грани. Таким образом, из пластины 1 выходят уже два пучка света «А» и «В», взаимно когерентные, поскольку исходят из одного и того же источника света. Каждый из этих пучков, попав на пластинку 2, еще раз раздваивается, и из нее выходят уже четыре пучка а, б, в, г, причем второй «б» и третий «в» накладываются друг на друга. Если пластины 1 и 2 параллельны, то разность хода в пучках «б» и «в» будет по всему сечению равна нулю. В результате интерференции пучки усиливают друг друга и в зрительную трубу 4 мы увидим интерференционное поле равномерно освещенным.

Если одна из пластин немного  наклонена относительно другой, то пучки «б» и «в» будут не параллельными, а наклоненными под углом друг к другу. Разность хода между ними уже не будет постоянной по сечению пучков, а будет линейно меняться от точки к точке. В поле зрения окуляра зрительной трубы 4 появятся интерференционные полосы, параллельные ребру двухгранного угла j, который составляют фронты интерферирующих волн.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание установки.

Интерферометр Жамена (рис.2) включает источник света 1 (используется лазер), двойную газовую кювету 2, толстые  плоскопараллельные пластины 3 и зрительную трубу 4 для наблюдения интерференционных полос. Одна из кювет соединена с атмосферой, другая – с системой наполнения и измерения давления (рис.3), состоящей из насоса 1, манометра 2 и клапана 3 для медленного выпуска воздуха из кюветы.

Рабочие формулы.

 

 

 

ΔN – число интерференционных полос.

ΔР – давление.

n = 1+α ∙P

n – абсолютный показатель преломления воздуха.

α – коэффициент пропорциональности.

α =

- длина кюветки = 0,24 м

λ – длина волны = 6328 Å=633 нм

 

 

 

 

Таблица для записи результатов  измерений.

Номер опыта	Нач. давл. P1	Кон.давл.P2	Число полос	Разность давления
1	100	90	16	10	1,6	0,42	1,00042
2	90	80	17	10	1,7	0,44	1,00044
3	80	70	17	10	1,7	0,44	1,00044
4	70	60	16	10	1,6	0,42	1,00042
5	60	50	16	10	1,6	0,42	1,00042
6	50	40	16	10	1,6	0,42	1,00042
7	40	30	17	10	1,7	0,44	1,00044
8	30	20	16	10	1,6	0,42	1,00042
9	20	10	17	10	1,7	0,44	1,00044
10	10	0	16	10	1,6	0,42	1,00042

 

 

 

Расчет результатов эксперимента.

 

= =105,36

n = 1+ =1+105,36∙ =1,00027

 

Анализ полученных результатов.

 

В результате проведённой работы получено значение показателя преломления воздуха при нормальном атмосферном давлении для длины волны красного света (λ = 6328 Å), которое составляет 1,00027. Для сравнения приведём справочные данные для n при освещении жёлтым светом: n = 1,000292.

 

 

Вывод: в данной работе я определил показатель преломления воздуха при помощи интерферометра Жамена. Результат находится в допустимом интервале значений для длин волн красного света.