Wykonanie ćwiczenia8 - SEM II - Agata5932

Wykonanie ćwiczenia8.doc
(278 KB) Pobierz
Ćwiczenie nr 8
Wyznaczanie współczynnika załamania światła metodą
interferometryczną
1. Oddziaływanie światła z materią
Oddziaływanie światła z materią można przedstawić za pomocą trzech zjawisk:

Pochłanianie fotonów (absorpcja)

Emisja spontaniczna

Emisja wymuszona
Absorpcja jest to pochłanianie (całkowite lub częściowe) energii promieniowania
elektromagnetycznego (np. neutronów) lub energii fal dźwięku, przez ośrodek, w którym
rozchodzi się to promieniowanie.
Absorpcja promieniowania zwiększa energię ośrodka, powodując np. wzbudzenie jąder atomu,
cząsteczek, co może doprowadzić do reakcji jądrowych, zjawiska fotoelektrycznego,
luminescencji itp.
Miarą zdolności absorpcyjnej ośrodka jest współczynnik absorpcji i zależy on od rodzaju ośrodka
i długości fali (częstości drgań) promieniowania.
Emisja spontaniczna powoduje, że atomy w stanie wzbudzonym pozostają bardzo krótko,
przechodząc szybko do stanu podstawowego. Niektóre atomy posiadają poziomy energetyczne
metatrwałe, na których elektron pozostaje znacznie dłużej, ale w takiej sytuacji przejście ze stanu
podstawowego do wzbudzonego jest utrudnione. Pokonuje się je przez wzbudzenie atomu do
poziomów o energii niewiele większej od poziomu metatrwałego.
Emisja wymuszona jest to emisja fotonów pod wpływem zewnętrznego pola
elektromagnetycznego. Foton ten jest spójny (ma taką samą częstotliwość, polaryzację) z fotonem
wywołującym emisję. Foton wzbudzający musi mieć odpowiednią energię równą energii
wzbudzenia ośrodka. Atomy w stanie podstawowym pochłaniają fotony wzbudzające.
2. Interferencja i dyfrakcja światła.
O interferencji mówimy wtedy, gdy dwa jednakowe ciągi fal nakładają się na siebie
wyniku, czego może nastąpić ich wzmocnienie lub wygaszenie w zależności od tego czy są
przesunięte czy zgodne w fazie.
Dyfrakcją nazywamy ugięcie się fali na krawędziach wąskiej szczeliny. Jest ono znaczące
wtedy, gdy rozmiary szczeliny są porównywalne z długością fali. Szersze szczeliny powodują
mniejsze ugięcie.
Przechodząc przez ten sam punkt w przestrzeni dwa ciągi fal nie oddziałują na siebie,
jednak nakładają się na siebie i wypadkowe wychylenie jest sumą (wektorową) wychyleń
spotykających się ciągów – zasada superpozycji.
O interferencji konstruktywnej mówimy, gdy spotykają się fale zgodne w fazie i
wzmacniają wzajemnie, a o destruktywnej mówimy, gdy spotykają się fale o różnicy fal ½ okresu
i wygaszają wzajemnie.
Aby można było obserwować interferencję:

ciągi fal muszą być spójne, czyli ich różnica faz musi być stałą, zatem ich częstotliwości
muszą być jednakowe

ciągi fal muszą mieć w przybliżeniu jednakowe amplitudy i tą samą płaszczyznę drgań
Fale wysłane ze spójnych źródeł tworzą obszary wzmocnienia i wygaszenia, zwane obrazem
interferencyjnym. W każdym punkcie, gdzie zachodzi interferencja konstruktywna droga do
jednego źródła jest taka sama jak droga do drugiego źródła lub jest od niej dłuższa
Poszerzenie światła po przejściu przez szczelinę jest przykładem dyfrakcji fal. Między
różnymi falami ugiętymi na szczelinie zachodzi interferencja. Obraz interferencyjny staje się
szerszy, kiedy doświadczenie przeprowadza się z ugiętą szczeliną lub ze światłem o większej
długości fali.
d sin = n 
3. Równanie Clausiusa-Mossattiego.
Polaryzowalność na mol wyrażam wzorem:
(1)
M – masa drobinowa
- gęstość
Wektor polaryzacji jest związany z polaryzowalnością równaniem:
-polaryzowalnośc
- wektor polaryzacji
- pole lokalne
N – polaryzowalność na jednostkę objętości
=
Z czego otrzymujemy:
lub:
(2)
-podatność elektryczna ośrodka
Na podstawie 1 i 2 otrzymujemy RÓWNANIE CLAUSIUSA-MOSSATTIEGO w który jedynym
parametrem nieznanym jest polaryzowalność
Prawą stronę równania nazywamy refrakcją molową i oznaczamy R.
Z równania Clausiusa-Mossattiego wynika, że refrakcja molarna jest wielkością stałą z
pominięciem oddziaływania otoczenia na drobiny dielektryka.
4. Refrakcja.
Refrakcja jest to zmiana kierunku czoła fali padającej ukośnie na granicę dwóch
ośrodków przy przechodzeniu przez tą granicę. Związana jest z różnicą prędkości rozchodzenia
się w obu ośrodkach. Zjawisko to zachodzi dla wszystkich rodzajów fal świetlnych. W optyce
kierunek rozchodzenia się fali ulega zmianie zgodnie z prawem Snella tj.
n1 sin = n2 sin
gdzie  i  są kątami jakie z normalną (linią prostopadła do płaszczyzny granicznej) między dwoma
ośrodkami, tworzy odpowiednia wiązka padająca i wiązka załamana. Prawo to jest również znane
jako jedno z prawo załamania.
5. Interferometry. Zasada działania i rodzaje.
Zjawisko interferencji światła wykorzystywane jest w szeregu bardzo dokładnych
przyrządów pomiarowych, nazywanych interferometrami.
Rys.1. Schemat interferometru Jamina
Schemat przedstawia interferometr Jamina. Dwie dokładnie jednakowej grubości płytki szklane A
i B ustawione są w stosunku do siebie prawie równolegle. Promienie świetlne ze źródła
monochromatycznego padają na powierzchnię płytki A pod różnymi kątami. Prążki
interferencyjne ogląda się przez okular. Jeżeli jedna z kuwet, znajdujących się na drodze promieni,
napełniona jest gazem o znanym wsp. załamania n, a druga gazem, którego wsp. załamania chcemy
zmierzyć, to różnica dróg optycznych między interferującymi promieniami wynosi
. Więc
gdzie m – rząd max. interferencyjnego. Zmiana różnicy n2-n1 powoduje przesunięcie prążków
interferencyjnych.
Zasadą działania wszystkich interferometrów optycznych jest rozdzielenie wiązki fal na
promienie biegnące po różnych drogach optycznych, a następnie doprowadzenie do interfererencji
tych promieni.
Typowymi
interferometrami
są:
interferometry
Fabry'ego-Perota,
Jamina,
Macha-
Zehndera, Michelsona, Rayleigha, Twymana-Greena.
W interferometrze Michelsona równoległa wiązka światła pada na półprzepuszczalne zwierciadło
i zostaje rozdzielona na dwie wzajemnie prostopadłe wiązki, które po odbiciu od zwierciadeł
wracają do półprzepuszczalnego zwierciadła i są ponownie łączone w jedną wiązkę, w której
zachodzi interferencja. Interferometr Michelsona posłużył do wykonania słynnego doświadczenia
Michelsona-Morleya, wykazującego stałość prędkości światła w każdym układzie odniesienia.
Interferometr Michelsona znajduje szerokie zastosowanie w technice.
6. Interferometr laboratoryjny LI-3.
Rayleigha interferometr, refraktometr interferencyjny, rodzaj interferometru optycznego
służący do bardzo precyzyjnego pomiaru różnicy współczynnika załamania światła dwóch
ośrodków.
Zbudowany jest ze źródła światła, obiektywu, diafragmy z dwiema szczelinami
dyfrakcyjnymi (dyfrakcja fal), dwóch naczyń wypełnionych wzorcową i badaną substancją oraz
lunetki z okularem cylindrycznym. Źródło światła umieszczone jest w ognisku obiektywu,
powstała po przejściu przez obiektyw równoległa wiązka światła trafia na diafragmę o dwóch
równoległych, pionowych szczelinach, gdzie zachodzi zjawisko dyfrakcji światła. Przestrzeń za
każdą ze szczelin od połowy jej wysokości wypełniają odpowiednio naczynia z badaną i wzorcową
substancją. Ugięte promienie interferują (interferencja fal) ze sobą, przy czym światło ugięte w
górnej połowie przyrządu (ze względu na rozprzestrzenianie się w ośrodkach o różnych
współczynnikach załamania światła) tworzy układ prążków interferencyjnych przesunięty
względem układu prążków powstających w dolnej części przyrządu.
Pomiar przesunięcia prążków pozwala wyznaczyć względny współczynnik załamania
światła z dokładnością nawet do 8 cyfr znaczących.
Wykonanie ćwiczenia:
Celem ćwiczenia był pomiar zależności współczynnika załamania światła od ciśnienia dla
powietrza w danej temperaturze.
W tym celu:
1. Odczytałam temperaturę T=23oC.
2. Zamocowałam kuwetę czerwoną kropką w stronę okularu i podłączyłam do układu
próżniowego.
3. Kurek 1 ustawiłam w pozycji Z (zapowietrzanie pompy), natomiast kurek 2 w pozycji
pompującej obie komory. Kurek 3 pozostawiam zamknięty.
4. Włączyłam pompę rotacyjną, przekręciłam kurek 1 o 180o i pompowałam obie komory
przez koło 10 minut.
5. Osoba wykonująca ze mną ćwiczenie ustawiła ostrość prążków, odaretowałą śrubę
mikrometryczną, wyzerowała i zaaretowała.
6. Kurek 2 ustawiłam w pozycji odpompowania komory I i odcięcia komory II.
7. Przy pomocy kurka 3 zmieniałam ciśnienie w komorze II i jednocześnie
dopasowywałyśmy obraz górnych prążków do dolnych. Odczytałyśmy z bębna różnicę
dróg optycznych odpowiadającą ustawieniu ciśnienia. Zanotowałyśmy wyniki.
8. Czynności te wykonałyśmy dla kuwet o długości l=10cm, l=25cm i l=50cm.
Opracowanie wyników
1.
Obliczanie współczynników załamania światła dla poszczególnych ciśnień
wg
wzoru
I KUWETA
Dla p = 75 hPa
Dla p = 165hPa
Dla p = 245 hPa
Dla p = 330 hPa
Dla p = 440 hPa
Dla p = 550 hPa
Dla p = 640 hPa
Dla p = 740 hPa
Dla p = 840 hPa
L = 10 cm = 100mm
Dla p = 950 hPa
Dla p = 1000 hPa
II KUWETA
L =25 cm = 250mm
Dla p = 75 hPa
Dla p = 120 hPa
Dla p = 190 hPa
Dla p = 260 hPa
Dla p = 310 hPa
Dla p = 380 hPa
Dla p = 460 hPa
Dla p = 580 hPa
Dla p = 610 hPa
Dla p = 710 hPa
Dla p = 800 hPa
III KUWETA
L =50 cm = 500mm
Dla p = 50 hPa
Dla p = 110 hPa
Dla p = 180 hPa
Dla p = 230 hPa
Dla p = 280 hPa
Dla p = 340 hPa
Dla p = 370 hPa
Dla p = 420 hPa
Obliczanie gęstości powietrza dla poszczególnych ciśnień wg wzoru
I KUWETA t = 230C
Dla p = 75 hPa
Dla p = 165 hPa
Dla p = 245 hPa
Dla p = 330 hPa
Dla p = 440 hPa
Dla p = 550 hPa
...
Plik z chomika:
Agata5932
Inne pliki z tego folderu:





133.pdf (456 KB)
1(1).JPG (914 KB)
145.pdf (486 KB)
252.pdf (601 KB)
244.pdf (564 KB)
Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin





Strona główna
Aktualności
Kontakt
Dział Pomocy
Opinie


Regulamin serwisu
Polityka prywatności
Copyright © 2012 Chomikuj.pl
chemia ogólna i nieorganiczna
 ekonomia
 historia
 matma
 rysunek techniczny