Лабораторный практикум по оптике, содержащий описание 21 лабораторной работы, страница 30

где  – показатель преломления эталонной жидкости,  – длина кюветы,  – показатель преломления компенсационной пластинки,
 – ее толщина.

Толщина вводимой компенсационной пластины непосредственно связана с оборотами микрометрического винта.

Микрометрический винт компенсатора проградуирован так, что поворот на одно деление изменяет оптическую разность хода волн на 1/30 . Если смещение достигается поворотом на N делений, то

.                                        (7.5)

Сравнивая выражения (7.1) и (7.5) с учетом (7.3), получаем

,                                   (7.6)

где  – показатель преломление исследуемой жидкости;  – показатель преломления эталонной жидкости; N – число делений, на которое повернут барабан;  – длина волны;  – длина кюветы.

Главной частью интерферометра Жамена являются две одинаковые толстые стеклянные плоскопараллельные пластины А и В, посеребренные с одной стороны. Пластины А и В располагаются в приборе под малым углом друг к другу. Ход лучей в интерферометре Жамена показан на рис. 7.2.

Pис. 7.2.

Пусть на пути лучей 1 и 2 поместили две кюветы, в одной из которых находиться эталонный газ или воздух с известным показателем преломления , а в другой – исследуемый газ или разреженный воздух с показателем преломления .

Тогда возникает дополнительная разность хода волн, которая приводит к смещению интерференционной картины в поле зрительной трубы на m полос. Для возращения интерференционной картины в прежнее положение на пути луча, проходящего через кювету с показателем преломления , помещают компенсационную пластинку толщиной h и показателем преломления . В этом случае выполняется условие (7.3), и показатель преломления неизвестной среды находят по формуле (7.4).

Изменяя угол наклона компенсационной пластины с помощью микрометрического винта, мы тем самым изменяем эффективнйю толщину h, которая вводится на пути луча. Таким образом, оптическая разность хода волн , вносимая компенсационной пластиной, является функцией эффективной толщины h, величину которой мы меняем за счет наклона пластины с помощью микрометрического винта с числом делений N, то есть .

Показатель преломления газа (воздуха)  зависит от давления P. Изменяя давление газовой смеси, мы тем самым будем изменять показатель преломления, то есть наблюдать зависимость .

Одной из важнейших характеристик газовой смеси является поляризуемость, которая показывает деформируемость электронных оболочек молекул под действием внешнего электрического поля и их способность приобретать дополнительный (индуцированный) электрический момент. Поляризуемость молекул характеризуется коэффициентом поляризуемости . Для нахождения  можно использовать соотношение

,                                            (7.7)

где k – постоянная Больцмана; T – абсолютная температура, при которой проводятся измерения;   – показатель преломления исследуемого газа;  – показатель преломления воздуха.

Если принять = 1, то из формулы (7.7) получаем

,                                         (7.8)

это позволяет найти значение показателя преломления в зависимости от давления P. Из (7.8) следует, что

.                                       (7.9)

При температуре  t = 0ºC  выражение (7.9) принимает вид

.                              (7.10)

Так как для молекул одного и того же газа поляризуемость остается величиной постоянной, то, разделив (7.9) на (7.10), получаем

.

Отсюда

.                              (7.11)

Выражение (7.11) позволяет вычислить показатель преломления воздуха  при нормальных условиях (P_o=1 атм = Па, T_o = 273 К ).

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Рис. 7.3.

Интерферометр ИТР-2 состоит из следующих основных узлов: верхней крышки 1, которая накрывает микрометрическое отсчётное устройство 2 и зрительную трубу 3, кожуха 4 с двойными стенками, термометра 5, мешалки 6, крана для слива воды из термокамеры 7, набора кювет 8, подставки 9, трансформатора 10, выключателя 11.