Описание устройства интерферометра Релея

Схема интерферометра ИТР-1 в двух разрезах представлена на рис. 1.

Рис. 1. Интерферометр ИТР-1

Узкая ярко освещенная щель S служит источником света, расположенным в фокальной плоскости объектива O₁, который вместе со щелью составляет коллиматор прибора. Параллельный пучок лучей, выходящих из коллиматора, проходит диафрагму     с двумя щелями S₁ и S₂, параллельными  S, и две одинаковые трубки-кюветы R₁ и R₂, в которые вводятся исследуемые газы или жидкости. В результате интерференции света, испытавшего дифракцию на щелях S₁ и S₂, в фокальной плоскости объектива  O₂ вместо одного изображения щели S образуется целая последовательность изображений источника-щели (максимумы разных порядков интерференционной картины).

Введение одинаковых кювет R₁ и R₂ с различными жидкостями в верхние части световых пучков, исходящие из щелей S₁ и S₂, приведет к сдвигу верхней части картины.

Сдвиг картины является следствием появления дополнительной оптической разности хода  между световыми пучками, равной:

, (1)

где – длина кюветы, , – показатели преломления жидкостей.

При большой оптической разности хода  верхняя картина исчезает, на ее месте видна равномерно освещенная полоса.

Оптическую разность хода удобно выразить через число полос , на которое смещается картина:

(2)

Здесь длина волны принимается равной =0,55 мкм.

Одна из жидкостей, обычно дистиллированная вода, является эталонной, ее показатель преломления  известен. Показатель преломления  другой жидкости можно найти, если определить число полос , на которое смещается верхняя картина относительно нижней:

(3)

Для определения  используется компенсатор, состоящий из стеклянных пластинок B₁ и B₂. Наклонно расположенные стеклянные пластинки пересекают верхние, проходящие через кюветы части световых пучков. Одна из пластинок B₁ неподвижна, другая B₂ может вращаться вокруг горизонтальной оси, изменяя свой наклон по отношению к проходящему сквозь нее световому пучку. При этом меняется длина пути пучка в пластинке, а, следовательно, и оптическая разность хода пучков.

Поворачивая B₂, можно привести верхнюю дифракционную картину к полному совпадению с нижней дифракционной картиной.

Пластинка B₂ поворачивается с помощью рычага, приводимого в движение микрометрическим винтом 1, установленным на интерферометре вблизи окуляра (см. рис. 2). Головка винта перемещается относительно линейной шкалы с делениями и снабжена делениями.

Цена деления линейной шкалы – 100, цена деления головки винта – 1. Отчет  равен сумме отчетов по обеим шкалам. На рис. 3 представлен микрометрический винт интерферометра ИТР-1 со шкалами. Отчет по линейной шкале равен 200, а отчет по шкале головки винта равен 18. Отчет равен сумме отчетов по обеим шкалам =200+18=218.

Рис. 2. Микрометрический винт интерферометра ИТР-1

Рис. 3. Микрометрический винт интерферометра ИТР-1(отчет =218)

Сняв отчет , можно определить число полос , на которое сдвинута верхняя картина относительно нижней. Интерферометр ИТР-1 так устроен, что  и  связаны между собой следующим образом:

(4)

Величина

(5)

называется удельной рефракцией вещества. Здесь – плотность вещества.

Опыт показывает, что во многих случаях удельную рефракцию  смеси веществ можно вычислить, если известны удельные рефракции , , … ее отдельных компонент и их весовые проценты , , … (весовой процент – число граммов растворенного вещества, содержащегося в 100 граммах раствора):

(6)

Для водного раствора имеем:

, (7)

где  – показатель преломления раствора;  – его плотность; – весовой процент; , – удельные рефракции воды и растворенного вещества соответственно.

Назовем концентрацией раствора  число граммов растворенного вещества, приходящегося на 100 грамм растворителя.  и  связаны между собой следующим образом:

(8)

Из (8) следует, что при малых концентрациях .

Из соотношений (7) и (8) видно, что показатель преломления является однозначной функцией концентрации раствора. Поэтому, определив показатели преломления растворов с известными концентрациями и построив график зависимости показателя преломления от концентрации, можно определить неизвестную концентрацию раствора, зная его показатель преломления.