P 14: Verdünnte Luft und Laserlicht

 1.7: Anwendung Michelson-Morley-Experiment: Wellenlängenmessung und Brechungsindex

1.7.1: Messung der Wellenlänge

Obwohl das MMI eher zu Differenzmessungen  eingesetzt wird, kann man auch absolute Wellenlängenmessungen durchführen.

Dazu muss man eine geeichte Mikrometerschraube haben. An ihr kann man die Strecke x ablesen, um die man einen der beiden Spiegel verschoben hat. Dabei zählt man die Anzahl k der Maximaringe, die neu entstehen oder die Anzahl der Maximastreifen, um die sich das Interferenzbild verschiebt.

Dann gilt: k*  λ  = 2 * x

Mache Dir die Formel klar. 

- Wieso steht da  λ und nicht  λ/2?

- Wieso muss die Strecke x verdoppelt werden?

- Kannst Du die Formel mit dem Begriff Gangunterschied erklären?

  

1.7.2: Brechungsindex von Luft

Einer der beiden Interferometerarme enthält einen Bereich, in dem ich die Luft abpumpen kann.

Wenn die Wellenlänge im Vakuum λ ist, dann ist sie in einem Medium mit dem Brechungsindex (Abbremsfaktor) n verkürzt und beträgt nur noch  λ/n. 

Zu Brechung und Brechungsindex erfährst Du etwas auf einer Zusatzseite. Wir haben das in Q2 besprochen, es ist aber auch Thema der Mittelstufenoptik.

Der Brechungsindex von Luft bei Normaldruck und Normaltemperatur beträgt 1,00292.

Das ist der Grund, warum wir immer 1 genommen haben...

 In dem Vakuumbereich wird die Wellenlänge also etwas länger, es passen dort weniger Wellenzüge hinein als wenn dort Luft wäre. Das führt auch zu einer Verschiebung der Streifen im Interferenzbild, denn im anderen Interferometerarm ändert sich ja nichts.

Wir wollen das nicht durchrechnen, aber wenigstens einen Versuch dazu zeigen:

Bei unserem MMI kann ich die Luft nicht abpumpen, aber es ist unter einem der beiden Interferometerarme ein kleines Loch. Da kann ich eine Kerzenflamme drunter halten.

Die aufsteigende heiße Luft verdünnt die Luft im Interferometerarm, der Brechungsindex nimmt ab (vielleicht von 1,00292 auf 1,001...) 

Auch das führt zu Streifenverschiebungen.

Im ersten Film sehen wir das Loch und wie das Teelicht darunter geschoben wird.

Hier erst ein Bild mit Bezeichnungen (wie immer anklicken zum Vergrößern):

 

Und das sieht man dabei im Interferenzbild:

Beim schnellen Erwärmen bewegen sich die Streifen schnell, beim langsamen Abkühlen nur sehr langsam....

Das war der letzte Post zum MMI.

Wir wollen nun noch einige weitere Experimente besprechen (können wir aber nicht durchführen), die wichtig sind, um Licht als elektromagnetische Welle EMW zu erkennen.