EXP:Brechzahl von Luft mit einem Michelson-Interferometer bestimmen

Ziel dieses Experiments ist es, die Brechzahl von Luft und gegebenenfalls weiteren Gasen mit einem Michelson-Interferometer quantitativ zu messen. Hierzu wird ein vakuumierter Glaskolben in einen Arm des Michelson-Interferometers eingebaut. Lässt man nun Luft in den Glaskolben einströmen, so ändert sich die optische Weglänge und das Interferenzbild ändert sich. Über die Anzahl der Änderungen von Maximum zu Minimum im Interferenzbild lässt sich die Brechzahl des jeweiligen eingeströmten Gases bestimmen. Diese Anzahl wird mit Hilfe einer Photodiode, einem Arduino und einem Computer ausgelesen.

Datei:Experiment Optik Versuchsaufbau Brechzahl.jpg

Versuchsaufbau

Benötigtes Material

• Steckboard
• Breadboard
• Kasten mit Zubehör fürs Breadboard
• Zwei Spiegel mit Feineinstellungsmöglichkeit
• Strahlteilerwürfel
• Zwei Netzteile
• Operationsverstärker
• Oszilloskop
• Vakuumierbarer Glaskolben
• Laser
• Sammellinse
• Laptop
• Arduino
• Verschiedenste Kabel

Versuchsaufbau

Genauere Beschreibung des Versuchsaufbaus. Hier können auch einzelne Schritte beschrieben werden. Gerne zu jedem Schritt Bilder einfügen.

Schritt 1

Das Michelson-Interferometer wird auf einem Breadboard aufgebaut. Es ist darauf zu achten, dass die Arme des Michelson-Interferometers mindestens 12 cm lang sind, sodass später der Glaskolben (Länge = 10 cm) ohne Probleme in den Arm eingebaut werden kann. Am Aufbau sollte solange justiert werden, bis man ein großes, scharfes, ringförmiges Interferenzmuster erkennen kann. In die Mitte des Interferenzmusters wird nun eine Photodiode eingebaut.

Datei:Experiment Optik Versuchsaufbau Brechzahl Schritt1.jpg

Aufbau des Michelson-Interferometers mit eingebauter Photodiode.

Datei:Experiment Brechzahl Photodiodenverstärkerschaltung.png

Photodiodenverstärker-Schaltung. Quelle:

Schritt 2

Auf einem Steckboard wird eine Photodiodenverstärker-Schaltung aufgebaut. Der zugehörige Operationsverstärker wird symmetrisch über zwei Netzteile angesteuert. Das über die Photodiode empfangene Signal wird mittels dieser Photodiodenverstärker-Schaltung auf das Oszilloskop übertragen um zu prüfen, wie deutlich die Photodiode Maxima und Minima erkennt.

Schritt 3

Der vakuumierbare Glaskolben wird mittels eines geeigneten Stativs in einen Arm des Michelson-Interferometers eingebaut. Eventuell muss das Interferometer neu justiert werden, sodass sich wieder ein scharfes Interferenzmuster ergibt.

Schritt 4

Mit einem Arduino wird das Signal auf den Laptop gegeben. Über einen programmierten Schmitt-Trigger Code zählt der Laptop dann bei der Versuchsdurchführung die Anzahl der Maxima bzw. Minima.

Auswertung

Hier sollen Diagramme, Werte und eine Fehlerabschätzung zum Experiment hin. Gegebenenfalls können hier auch Gleichungen eingebunden werden. Mathematische Ausdrücke werden durch den <math>-Tag initiiert:

$\mathrm{i}\hslash \frac{\partial }{\partial t}|\psi (t)⟩=\hat{H}|\psi (t)⟩.$

Beim Vergleich mit Literaturwerten oder ähnlichem sollte durch die Referenzumgebung <ref> auf geeignete Quellen verwiesen werden, diese erscheinen dann auch automatisch am Seitenende.

Mögliche Probleme und ihre Lösungen

Treten beim Experiment häufiger Fehler auf? Bitte beschreibe sie hier.

Sicherheitshinweise

Hier nötige Sicherheitshinweise notieren. Ggf. Betriebsanweisung verlinken.

• Influenzmaschine

Fotos

Am Ende des Dokuments kommt eine Galerie aller Bilder, die zu diesem Experiment unter dem Namensraum "Datei:" bereits vorhanden sind. Im Allgemeinen lohnt es sich häufig auch, bereits bestehende Texte und deren Syntax zu betrachten:
<div class="row"> <div class="large-4 large-centered columns"> <ul class="example-orbit" data-orbit> <li> [[Datei:Bild.png|slide 1]] <div class="orbit-caption"> Bildbeschreibung </div> </li> </ul> </div> </div>

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       Ein Kolibri
  

Literatur

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