Ziel dieses Versuchs war es, die Brechzahl von Sauerstoff und Luft in Abhängigkeit vom Druck des jeweiligen Gases zu messen. Hierzu wurde ein sogenanntes Jamin-Interferometer verwendet, dessen Funktionsweise dem Michelson-Interferometer sehr ähnelt. Ein Lichtstrahl wird an einer dicken Glassscheibe geteilt. Ein Teil des Lichtstrahles wird an der Oberfläche gebrochen während der andere Teil durch die Scheibe durchgeht und erst an der Rückseite gespiegelt wird. Die Teilstrahlen durchlaufen nun jeweils eine dünne Küvette. Diese können mit unterschiedlichen Medien gefüllt werden bzw. der Druck kann in einer Küvette kann variiert werden, so dass man den Gangunterschied und damit den Brechungsindex als Funktion der Druckdifferenz messen kann. Auf der anderen Seite der beiden Küvetten werden die Strahlen erneut geteilt, so dass insgesamt drei Teilstrahlen entstehen. Der mittlere Strahl entsteht durch Interferenz der beiden Teilstrahlen, die einmal an der Oberfläche und einmal an der Rückseite einer Glassscheibe reflektiert wurden, und ist für uns interessant, da er die Phasenverschiebung der beiden Teilstrahlen und damit die Differenz im optischen Weg wiederspiegelt. Die rechte Glassscheibe kann man um einen kleinen Winkel δ verstellen.
Inhaltsverzeichnis
1. Vorbereitung
2. Versuchsablauf
2.1 Brechzahl von Luft mit Natriumlicht
2.2 Brechzahl von Sauerstoff mit Natriumlicht
2.3 Wellenlängenabstand der Natrium-D-Linien
2.4 Brechzahl von Luft mit Weißlicht
Zielsetzung und Themen
Das Hauptziel dieses physikalischen Praktikumsversuchs ist die experimentelle Bestimmung der Brechzahl von Gasen (Sauerstoff und Luft) in Abhängigkeit vom Druck unter Verwendung eines Jamin-Interferometers, sowie die Bestimmung des Wellenlängenabstands der Natrium-D-Linien.
- Messung der druckabhängigen Brechzahl von Luft und Sauerstoff.
- Einsatz des Jamin-Interferometers zur Bestimmung optischer Pfadunterschiede.
- Anwendung der Clausius-Mosotti-Gleichung zur Analyse der Polarisierbarkeit.
- Experimentelle Bestimmung des Wellenlängenabstands der Natrium-D-Linien durch Kontrastminima.
- Analyse der Brechzahländerung bei Weißlicht zur Untersuchung dispersiver Effekte.
Auszug aus dem Buch
Vorbereitung
Ziel dieses Versuchs war es, die Brechzahl von Sauerstoff und Luft in Abhängigkeit vom Druck des jeweiligen Gases zu messen. Hierzu wurde ein sogenanntes Jamin-Interferometer verwendet, dessen Funktionsweise dem Michelson-Interferometer sehr ähnelt. Ein Lichtstrahl wird an einer dicken Glasscheibe geteilt. Ein Teil des Lichtstrahles wird an der Oberfläche gebrochen während der andere Teil durch die Scheibe durchgeht und erst an der Rückseite gespiegelt wird. Die Teilstrahlen durchlaufen nun jeweils eine dünne Küvette. Diese können mit unterschiedlichen Medien gefüllt werden bzw. der Druck in einer Küvette kann variiert werden, so dass man den Gangunterschied und damit den Brechungsindex als Funktion der Druckdifferenz messen kann. Auf der anderen Seite der beiden Küvetten werden die Strahlen erneut geteilt, so dass insgesamt drei Teilstrahlen entstehen. Der mittlere Strahl entsteht durch Interferenz der beiden Teilstrahlen, die einmal an der Oberfläche und einmal an der Rückseite einer Glasscheibe reflektiert wurden, und ist für uns interessant, da er die Phasenverschiebung der beiden Teilstrahlen und damit die Differenz im optischen Weg wiederspiegelt. Die rechte Glasscheibe kann man um einen kleinen Winkel δ verstellen.
Zusammenfassung der Kapitel
Vorbereitung: Einführung in die theoretischen Grundlagen des Jamin-Interferometers und die physikalischen Beziehungen zur Bestimmung des Brechungsindex von Gasen.
Versuchsablauf: Detaillierte Dokumentation der Messreihen für Luft und Sauerstoff bei verschiedenen Lichtquellen sowie die methodische Herleitung der experimentellen Ergebnisse.
Schlüsselwörter
Jamin-Interferometer, Brechzahl, Gasdruck, Clausius-Mosotti-Gleichung, Polarisierbarkeit, Natrium-D-Linien, Interferenz, Lichtbrechung, Wellenlängenabstand, experimentelle Physik, Optik, Gasgemische, Brechungsindex, Druckdifferenz
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in diesem Praktikumsversuch primär?
Die Arbeit befasst sich mit der experimentellen Bestimmung der Brechzahl von Gasen, insbesondere Luft und Sauerstoff, unter Variation des Drucks.
Welches optische Gerät wird für die Messungen genutzt?
Es wird ein Jamin-Interferometer verwendet, welches in seiner Funktionsweise einem Michelson-Interferometer ähnelt.
Welches physikalische Ziel verfolgt die Brechzahlmessung?
Das primäre Ziel ist es, den Brechungsindex als Funktion der Druckdifferenz zu messen und daraus Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften, wie die Polarisierbarkeit, zu ziehen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zur Anwendung?
Es wird eine interferometrische Methode verwendet, bei der Lichtstrahlen durch Küvetten mit unterschiedlichen Gasdruckverhältnissen geschickt werden, um Gangunterschiede über Interferenzmuster zu bestimmen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil dokumentiert die Messdurchläufe für Luft und Sauerstoff mit Natrium- und Weißlicht, die statistische Datenauswertung inklusive Fitfunktionen sowie die Bestimmung des Abstands der Natrium-D-Linien.
Welche zentralen Themenfelder prägen die Untersuchung?
Die Arbeit deckt die Gebiete der klassischen Optik, der Gaseigenschaften und der interferometrischen Messtechnik ab.
Warum wurde neben Natriumlicht auch Weißlicht verwendet?
Weißlicht dient zur Untersuchung dispersiver Effekte und zur Bestimmung eines dispersionsfreien Punkts bei der Druckvariationsmessung.
Wie wurde die Differenz der Brechzahlen analytisch hergeleitet?
Die Herleitung erfolgt über die Anzahl der während der Druckänderung beobachteten Interferenzstreifen und die geometrischen Parameter der Küvetten.
- Arbeit zitieren
- Jan Sauer (Autor:in), 2008, Praktikumsauswertung zum Interferenzrefraktor nach Jamin, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/173336
