Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА
' [ГЛ. VIII
В изящной лекционной демонстрации Кундта, широко применяющейся до настоящего времени, роль второй призмы играло конусообразное пламя горелки, в которое вводился металлический натрий. В результате прохождения света через пламя горелки в спектре наблюдалась не только темная полоска, соответствующая желтой линии поглощения паров натрия, но и загиб в противоположные, стороны разорванных частей спектра, примыкающих к области поглощения (рис. 301, б). D-линия поглощения паров натрия в желтой части спектра состоит из двух близко расположенных тонких линий с длинами волн K0l = 589,0 и — 589,6 нм. В описанной демонстрации плотность паров натрия была настолько велика,
ф
kn
Kn
а)
ф кр
Рис. 301.
6)
Рис. 302.
что обе линии сливались в одну полоску, и детали явления не разрешались. Их можно разрешить, уменьшая плотность паров натрия и улучшая условия опыта. Тогда можно наблюдать две области аномальной дисперсии, соответствующие линиям поглощения с длинами волн Kn, и lKp2 (рис. 302).
-2. Как уже указывалось в пункте 2 параграфа 84, проверку теории лучше всею производить на газах малой плотности, характеризующихся гонкими и резкими линиями поглощения. Однако при малой плотности, необходимой для работы вблизи линии поглощения, показатели преломления газов малы. Для их измерения Наилучшим является интерференционный метод, предложенный Пуччианти (1901 г.) и усовершенствованный Д. С. Рождественским в его классических работах по аномальной дисперсии в парах натрия (1912 г.).
В этом методе интерферометр (например, Жамена) скрещивается со спектрографом (дифракционной решеткой или призмой с большой дисперсией). Интерферометр устанавливают так, что он дает в белом свете горизонтальные интерференционные полосы на щели спектрографа, установленной вертикально. Цветную интерференционную картину, полученную на щели, спектрограф развертывает в горизонтальном направлении. Спектр оказывается пересеченным в продольном направлении интерференционными полосами, каждая из которых характеризуется одним и тем же порядком интерференции. § 86[ экспериментальное исследование дисперсии
535
Цвет полосы меняется вдоль ее длины от красного к фиолетовому, а расстояния между полосами при этом уменьшаются из-за уменьшения длины волны. Интерференционным минимумам соответствуют темные линии. Таким образом, спектр будет пересечен в продольном направлении- темными линиями, сужающимися от красного конца спектра к фиолетовому.
Перед измерением прибор регулируется так, чтобы нулевая интерференционная полоса была прямолинейной и горизонтальной. Примем ее за ось X с направлением от красного конца к фиолетовому, а ось Y направим параллельно щели спектрографа. Ширина интерференционной полосы пропорциональна К и может быть представлена в виде Ay = ак(х), где а — постоянная прибора, практически не зависящая от номера полосы (порядка интерферепции) k. Поэтому ордината /г-й полосы будет г/,, — k Ay = akX(x). Это есть уравнение крииой, определяющей форму рассматриваемой полосы.
Введем теперь в одно из плеч интерферометра слой исследуемого вещества толщины / с показателем преломления п (X). Тогда добавится разность хода (п — 1) /, в результате чего полосы интерференции сместятся вверх или вниз на (п — 1) ИХ полос, т. е. на расстояние (п — 1) UX (Ay). Уравнение, определяющее форму k-іл полосы, примет вид
yk = a[kX(x)±(n-\)l\ (86.1)
(знак определяется тем, в какое из плеч интерферометра введен слой исследуемого вещества). В частности, при k = 0 получаем г/0 = а (п — 1) /. Отсюда видно, что нулевая интерференционная полоса вычерчивает в определенном масштабе график зависимости показателя преломления п от абсциссы х, а следовательно, и от длины волны X, т. е. определяет дисперсию исследуемого вещества. Почосы ненулевого порядка имеют дополнительный наклон, изменяющийся с изменением k (см. рис. 303, заимствованный из работ Рождественского).
3. Небольшое изменение метода позволило Рождественскому значительно повысить точность измерений в окрестности полосы поглощения. Измененный метод получил название метода крюков. Допустим, что в одно из плеч интерферометра введено исследуемое вещество (газ или пар), а в другое — стеклянная пластинка толщины /„ с показателем преломления я„. Пластинка вносит между интерферирующими пучками разность хода (ясг—1)/ст, смещая интерференционную картину вверх или вниз на расстояние (яС1 — 1) Zciа. Теперь ордината k-й полосы будет определяться выражением
yk = a[kX(x)±(n-\)l йр(лст-1)/„]. (86.2)
Интерференционная полоса нулевого порядка уйдет из поля зрения. Ее место в поле зрения займет другая интерференционная полоса. 536 молекулярная оптика ' [ГЛ. VIII
порядок k которой найдется, если в (86.2) положить yk = 0. Это дает
k = ± /ст + (86.3)
Из-за близости к единице показателей преломления газов последнее слагаемое мало и при вычислении k может не учитываться. Таким путем для пластинки с Ict = 1 мм, пст = 1,5 при длине волны % = 600 нм получаем k ~ IO4. В белом свете интерференция столь
