Описание установки

В работе используется шахтный интерферометр ШИ-10, предназначенный для определения концентрации метана в окружающей среде. Схема установки приведена на рис. 1. Свет от лампы 1 через красный светофильтр 2 падает на пластинку 3 и разделяется на два когерентных луча. Один из них, изображенный пунктирной линией, проходит через кюветы 4 и 5, заполненные воздухом при атмосферном давлении. Другой луч, изображенный тонкой сплошной линией, проходит дважды через кювету 6, заполненную воздухом, находящимся под избыточным давлением Р, создаваемым помпой и измеряемым U-образным манометром, заполненным подкрашенной водой.

Рис. 1

Нагнетая помпой воздух в кювету 6, мы создаем в ней избыточное по отношению к атмосферному давление воздуха. Повышение давления сопровождается увеличением абсолютного показателя преломления воздуха на величину n. Изменение показателя преломления воздуха изменяет оптическую разность хода лучей на величину

 = 2l n,

г де l = 50 мм – длина кювет 4, 5 и 6. Изменение разности хода лучей сопровождается смещением интерференционной картины, возникающей на экране 7 при наложении двух когерентных лучей, из которых один прошел кюветы 4 и 5, а второй дважды прошел кювету 6. Число интерференционных полос, на которые смещается наблюдаемая на экране картина, можно рассчитать по формуле:

откуда

.

Выполнение измерений

1. Включить осветитель и установить интерференционную картину в исходное положение, при котором нуль шкалы совпадает с серединой одной из темных полос. Это делается с помощью круглой ручки, расположенной на приборе. При этом винт помпы должен быть выкручен до упора.

2. Изменить давление воздуха в кювете 6, плавно закручивая винт помпы, и наблюдая смещение интерференционной картины. Когда к нулю измерительной шкалы подходит середина соседней темной полосы, произвести измерение избыточного давления по манометру и результаты занести в таблицу. После окончания измерений винт помпы выкрутить до упора, приведя его в исходное положение.

3. Вычислить изменения показателя преломления n и занести в таблицу.

 = l = 0,05 м Таблица

Число полос m	P, Па (1 мм=9,8 Па)	n = m/2l
1 2 3 4

4 . Построить график зависимости n = f (P), вид которого представлен на рис. 2.

Рис. 2

По графику определить угловой коэффициент К :

5 . Найти среднее значение показателя преломления воздуха

n = 1 + КP₀ ,

где Р₀ – нормальное атмосферное давление (10⁵ Па).

6. Определить погрешность углового коэффициента

и вычислить доверительный интервал для n

,

где Р – приборная погрешность измерения давления, равная цене минимального деления шкалы (1 мм вод. ст. = 9,8 Па).

7. Записать окончательный результат в виде

.

8. Сделать вывод.

РАБОТА № 4