Dicke eines Haares messen mit Interferometer

Marie · Anmeldungsdatum: 13.04.2008 Beiträge: 9

[abgespalten von http://www.physikerboard.de/topic,10948,-messung-der-dicke-einer-seifenlamelle.html#68660 .
Schönen Gruß, dermarkus]

Hallo,

ich habe eure Beiträge gelesen und mein Problem ist so ähnlich. Ich bin momentan dabei eine Facharbeit im Leistungskurs Physik zu schreiben und komme zurzeit nicht weiter.

Ich soll mit Hilfe des Michelson-Interferometers die Dicke eines Haares bestimmen.
Wie soll ich mir dabei den Versuchsaufbau vorstellen? Wie das Interferometer aufgebaut ist, weiß ich, aber wo kommt das Haar hin?
Und wie berechne ich die Dicke? Ich muss es auch herleiten können.

Wäre sehr nett, wenn ihr mir dabei weiter helfen könntet.

Danke

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hallo Marie,

Vorneweg: Wenn wir hier im Forum alle Fragen in jeweils einem Thema bündeln würden, die "so ähnlich" sind, dann würde das hier schnell ziemlich unübersichtlich. Darum habe ich deine neue Frage mal abgespalten und ihr ein eigenes Thema gegönnt, so findet man es viel schneller und besser und kann auch besser darauf antworten.

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Magst du mal genauer sagen, was du über das Michelson-Interferometer weißt? Zum Beispiel, wie man damit Längen misst und warum seine Messgenauigkeit duchaus geeignet ist, die Dicke eines Haares zu messen?

Und mal erzählen, ob du schon etwas genaueres über den konkreten Aufbau (bzw. die Komponenten dafür) weißt, der dir zur Verfügung steht, und ob dir da schon eine Stelle im Aufbau einfällt, an der du das Haar platzieren könntest?

Hätte das Haar zum Beispiel Platz hinter dem beweglichen Endspiegel eines der beiden Interferometerarme, also zwischen der Rückwand dieses Endspiegels und der Wand hinter diesem Endspiegel?

Marie · Anmeldungsdatum: 13.04.2008 Beiträge: 9

Ich hatte die Woche noch einmal ein Gespräch mit meinem Betreuer.
Da uns kein Michelson-Interferometer zur Verfügung steht, wurde der Plan etwas umgeworfen.
Ich soll jetzt einen Helium-Neon-Laser benutzen, dessen Strahl erst mit Hilfe einer Linse geweitet werden soll und dann auf zwei Objektträger fällt, zwischen denen ein Haar ist.
Wegen des Keils, der sich auf Grund des Haares zwischen den zwei Objektträgern bildet, entsteht auf dem Schirm ein Interferenzmuster.
Und mit Hilfe dieses Musters soll ich nun die Dicke des Haares bestimmen, nur leider weiß ich nicht, wie ich das genau anstellen soll. Wie kann ich diese berechnen.

Vielen Dank für die Bemühungen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Na, wenn das eine Facharbeit ist, dann sollst du dich da sicher selbst in das Thema einarbeiten, anstatt dir da von irgendjemand die komplette Arbeit abnehmen zu lassen und dir alles fertig samt Formeln vorsagen zu lassen.

Was weißt du denn selbst schon über Interferenz? Hast du dir schon einmal eine Skizze gemacht zu zwei solchen Glasplatten mit einem Luftkeil dazwischen? Und dem Versuchsaufbau samt Lichtquelle dazu? Wie würdest du das Zustandekommen des besagten Musters anfangen, im Detail zu erklären? An welchen Stellen beobachtest du dabei Interferenzmaxima, welche Formel kannst du für das aufstellen, was an diesen Stellen passiert?

Und magst du mal recherchieren, wie sich so ein Versuchsaufbau nennt, und die Ergebnisse deiner Überlegungen mit dem vergleichen, was du unter solchen Versuchsbezeichungen durch Recherchieren und googeln findest?

Kommst du mit diesen Tipps und Anregungen schon weiter dabei, mal mit dem Einarbeiten in das Thema anzufangen?

Marie · Anmeldungsdatum: 13.04.2008 Beiträge: 9

Hallo,

meine Facharbeit habe ich schon fast fertig. Es fehlt mir halt nur noch der praktische Teil mit dieser Messung.
Was Interferenz bedeutet, und dass es sowohl konstruktive wie auch destruktive Interferenz gibt, weiß ich. Auch mit dem Huygensschen Prinzip, dem Laser und dem Interferometer habe ich mich ausenander gesetzt.
Bei dem Versuch benutze uch einen Helium-Neon-Laser. Dessen Lichtstrahl trifft erst auf eine Linse, die dafür sorgt, dass sich das Laserlicht etwas streut und dann auf zwei Objektträger, zwischen denen ein Haar eingespannt ist. der Laser Strahl wird mehrmals reflektiert und durch das Glas hindurchgelassen, wobei die geschwindigkeit auf Grund des anderen Mediums in den Objektgläsern verringert wird. Jeweils auf der Vorder- und auf der Rückseite der Objektträger.
Auf dem Schirm sind dann Minima und Maxima zu erkennen. Und mit Hilfe dieser soll ich die Dicke berechnen, nur weiß ich nicht wie. Ich such schon die ganze Zeit, aber ich finde nichts dazu.
Sorry

pressure · Anmeldungsdatum: 22.02.2007 Beiträge: 2496

Wie hängt denn die Position der Maxima / Minima von der Dicke des Haares ab. Vielleicht hilft dir dabei eine Skizze des Versuchsaufbaus. Magst du mal eine hier rein stellen ?

Marie · Anmeldungsdatum: 13.04.2008 Beiträge: 9

Bis auf Paint habe ich leider kein Programm, wo ich eine Skizze erstellen könnte. Weiß nicht, ob ich das da so hinbekäme.
Ich hätte jetzt mal vermutet, dass der Abstand der Maxima von der Dicke des Haares, der Wellenlänge und des Abstandes von Objekt und Schirm abhängt, aber ich bin mir da nicht sicher.

Marie · Anmeldungsdatum: 13.04.2008 Beiträge: 9

Eigentlich wollte ich gerade eine grobe, in Paint erstellte, Skizze mit hochladen, aber das hat wohl nicht geklappt.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hast du dabei auf die erlaubten Dateierweiterungen und die erlaubte Dateigröße geachtet? Magst du mit Paint mal zum Beispiel ein gif oder ein jpeg machen, das weniger als 80 kB hat?

Marie · Anmeldungsdatum: 13.04.2008 Beiträge: 9

Ich habe mal eine Skizze gemalt. Hoffe, sie hilft weiter!

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Magst du da deine untere Skizze noch etwas genauer betrachten? Findest du es nicht auch seltsam, dass das rechte Ende der oberen Glasplatte darin in der Luft schwebt?

Magst du diesen Teil der Skizze nochmal neu und deutlich größer zeichnen, damit du ihn für konkretere Betrachtungen und für das Aufstellen von Formen verwenden kannst?

Marie · Anmeldungsdatum: 13.04.2008 Beiträge: 9

Ich habe mir überlegt, dass es ja evt mit der Anzahl der Minima evt berechnet werden kann. Habe heute mal den Versuch nochmal durchgeführt und mir ein paar Zahlen notiert.
Wenn wir das Haar zwischen die Objektträger legen und das Haar mit den Objektträgern ein Dreieck bildet, dann ist der Abstand von dem Haar, bis zu der Ecke, an der die Objektträger aufeinander liegen (in Gegensatz zu meiner Skizze), 3,4cm.
Und auf dem Schirm sind in 1cm 13 Dunkelstellen. Der Schirm steht 40cm von den Objektträgern entfernt.
Kann man die Dicke dann mit Hilfe der Minima und der Wellenlänge des Lasers ermitteln? Lambda = 632 nm

Danke

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Marie · Anmeldungsdatum: 13.04.2008 Beiträge: 9

hallo,

habe mittlerweile verschiedene Messungen durchgeführt und meine Arbeit so gut wie fertig geschrieben. Ich habe nur ein PRoblem. Ich weiß nicht, wie ich mit den angegebenen Daten die Dicke berechen kann. Könntet ihr mir vielleicht einen Ansatz geben. Wie ich an die Sache dran gehen muss?

Wäre nett

Danke

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Den habe ich dir schon gegeben: Zeichne am besten eine Skizze, die so groß und übersichtlich ist, dass du in ihr einzeichnen und ablesen kannst, wo sich durch Interferenz Minima und wo sich durch Interferenz Maxima an dem Luftkeil bilden.

Und magst du mal sagen (gerne auch mit Spicken oder Nachschlagen in deinen Aufschrieben, Büchern und sonstigen Materialien, die du dir für deine Facharbeit zusammengesucht hast), was Interferenz überhaupt bedeutet? Welche Welle interferiert in deinem Versuchsaufbau mit welcher anderen Welle, und welche Wege in deinem Versuchsaufbau legen diese verschiedenen Wellen bzw. verschiedenen Wellenteile zurück? Hast du schonmal von dem Begriff "Gangunterschied" im Zusammenhang mit Interferenz gehört, oder kennst du eine Methode, mit der du bestimmen kannst, ob zwei Wellen miteinander zu einem Maximum oder zu einem Minimum interferieren?

Marie · Anmeldungsdatum: 13.04.2008 Beiträge: 9

Da das Licht am ersten und am zweiten Objektträger reflektiert wird und der Abstand von Objektträger zu Objektträger der Dicke d des Haares entspricht, ist der Gangunterschied doch lambda/2 + 2d, oder?

UNd da ich weiß, wie viele Minima entstehen, muss ich doch damit die Dicke ermitteln können. Ist die Dicke dann lambda * Anzahl der Minima?

Danke

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich finde, mit solchen Überlegungen bist du bereits auf einem guten Weg smile

Magst du dir am besten mal konkret eine Skizze zeichnen, und da konkret den Gangunterschied und die Minima einzeichnen, von denen du sprichst?

Und diese Skizze mal hier reinstellen? Dann kannst du dir viel leichter und konkreter bildhaft überlegen, wie eine Formel für die Berechnung der Dicke des Haares aussehen kann, und ob deine bisherige Vermutung für so eine Formel auch wirklich schon zutrifft.