Szczecin, 16.11.2019 r.
1. Cel ćwiczenia
1) Celem ćwiczenia jest wyznaczenie zależności współczynnika światła od ciśnienia i polaryzowalności cząsteczki powietrza wykorzystując do tego celu interferometr Rayleigha.
2. Zagadnienia
1) Równanie fali świetlnej, prędkość fazowa i grupowa. Prędkość światła w różnych ośrodkach.
2) Polaryzacja, polaryzowalność substancji, wyznaczanie polaryzowalności gazów.
3) Metoda i aparatura do wyznaczania zależności współczynnika załamania światła od ciśnienia.
4) Zasada działania i budowa interferometru Rayleigha.
3. Przebieg i analiza pomiaru
1) Wyrównać ciśnienie w interferometrze z ciśnieniem atmosferycznym odkręcając zaworek przy pompce.
2) Za pomocą śruby mikrometrycznej ustawić prążki tak aby górne pokrywały się z dolnymi (jak na rysunku). Odczytać i zapisać pomiar.
3) Za pomocą pompki napompować powietrze do wartości ok 220 mmHg i odczekać ok 1 minuty.
4) Za pomocą śruby mikrometrycznej odczytać górny poziom prążków tak aby pokrywał się z poziomem dolnym. Odczytać i zapisać pomiar.
5) Powtarzać pomiar zmieniając ciśnienie o 10 mmHg aż do wyrównania ciśnienia w komorze z ciśnieniem atmosferycznym.
6) Cała procedurę powtórzyć 6-krotnie.
Analiza pomiaru
1) Odczytane wartości ze śruby mikrometrycznej wycechować tak aby jej wskazanie dla ciśnienia atmosferycznego równa była 0.
2) Wyznaczyć współczynnik załamania światła.
3) Sporządzić wykres zależności zmiany współczynnika załamania światła od ciśnienia.
OP-4 Pracownia Optyki Przyrządowej
Temat Wyznaczanie współczynnika załamania światła w zależności od ciśnienia
Strona z 1 3
Szczecin, 16.11.2019 r.
4) Wyznaczyć polaryzowalność powietrza 5. Literatura
1) Νοwak Μ., Ćwiczenia λαβορατορψϕνε ζ φιζψκι.
2) Chełkowski A., Fizyka dielektryków.
3) Kaczmarek F. (red.), II pracownia fizyczna.
Wskazówki
Współczynnik załamania światła dla interferometru Rayleigha
gdzie
a - jest równe liczbie prążków interferencyjnych dolnego układu prążków w okularze, o który przesunie się górny prążek zerowy przy obrocie bębna śruby mikrometrycznej o jedną jednostkę (przyjąć 1/30),
- długość fali świetlnej (przyjąć 546.1 nm), L - długość komory pomiarowej (20 cm),
x - wartość odczytana na bębnie śruby mikrometrycznej interferometru.
Związek między polaryzowalnością a podatnością elektryczną ma postać .
W przypadku kiedy mamy do czynienia z gazami rozrzedzonymi, gdzie równanie to upraszcza się do postaci
.
Dla substancji niemagnetycznych podatność elektryczna i współczynnik załamania wiążą się zależnością Maxwella
.
Zatem łącząc ze sobą dwa ostatnie wzory otrzymamy .
Stosując przybliżenie dla pierwiastka, współczynnik załamania światła można wyrazić wzorem
λ
α χ
Nα
3ϵ
0= χ χ + 3
χ ≪ 1 χ = Nα ϵ
0ϵ = n
2= Nα ϵ
0n
2= 1 + Nα ϵ
0Strona z 2 3
Δn = a λLx
Szczecin, 16.11.2019 r.
.
Wiedząc, że ciśnienie i współczynnik załamania można wyrazić w stosunku do jakiejś ustalonej wartości dla ciśnienia i dla współczynnika załamania wzorami
, ,
dodatkowo pamiętając, że wyrażenie na koncentrację molekuł wyraża się przez ,
możemy zapisać, że
gdzie
- polaryzowalność powietrza, - stała Boltzmanna,
- temperatura.
n = 1 + Nα ϵ
0≈ 1 + Nα 2ϵ
0p
0n
0p = p
0+ Δp n = n
0+ Δn
N = p kT
Δn = n − n
0= α 2ϵ
0kT Δp
α k T
Strona z 3 3
