Описание метода измерения. Абсолютным показателем преломления вещества называется физическая величина, равная отношению скорости распространения света в вакууме с к скорости

Абсолютным показателем преломления вещества называется физическая величина, равная отношению скорости распространения света в вакууме с к скорости распространения света в веществе

. (1)

Согласно микроскопической электромагнитной теории Максвелла, показатель преломления вещества связан с диэлектрической и магнитной проницаемостями среды

. (2)

Т.к. для всех неферромагнитных сред, то для них

. (3)

Диэлектрическая проницаемость является одной из основных характеристик диэлектрика и связана со свойствами атомов и молекул, входящих в состав диэлектрика, и их концентрацией n₀:

, (4)

где - диэлектрическая восприимчивость, - поляризуемость молекулы (величина, которая характеризует способность молекулы вещества поляризоваться под действием внешнего поля).

Таким образом,

, (5)

т.к. концентрация молекул связана с давлением уравнением состояния (в предположении, что воздух – идеальный газ в рассматриваемом диапазоне давлений)

. (6)

Для газов

<<1, (7)

поэтому из (5) приближенно имеем

, (8)

где Т – температура газа, k=1.38*10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана.

Из уравнения (8) видно, что изменение давления на величину приводит к изменению показателя преломления на :

. (9)

Формула (9) позволяет опытным путем определить величину поляризуемости молекулы , а затем по зависимости (8) можно вычислить и значение показателя преломления n.

Показатель преломления воздуха с изменением давления меняется очень мало. Одним из приборов, позволяющих заметить эти малые изменения, является интерферометр - прибор, принцип действия которого основан на явлении интерференции света.

Интерферометры различаются по способу получения когерентных лучей и по назначению.

В интерферометре Релея интерферируют между собой лучи, выходящие из двух щелей, один из которых направлен через исследуемое вещество, а второй через эталонное.

Интерферометр Жамена состоит из двух плоскопараллельных стеклянных пластин. Здесь когерентные лучи создаются при отражении от плоскостей пластин.

Интерферометр Линника, в отличие от вышеупомянутых приборов, которые обычно используются для определения коэффициентов преломления неизвестных сред, предназначен для исследования качества обработки поверхностей (наличие бугров или впадин на исследуемой поверхности приводит к искривлению интерференционных полос). Для получения когерентных лучей здесь используется стеклянный кубик из двух призм, составленных диагональными гранями, одна из которых покрыта полупрозрачным слоем серебра.

В данной лабораторной работе используется интерферометр Майкельсона, принцип действия которого описан ниже.

В интерферометре пучок света с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два (или более) когерентных луча, которые проходят различные оптические пути, а затем сводятся вместе и интерферируют. Вид интерференционной картины зависит от способа разделения пучка света, размеров и спектрального состава источника света. Чаще всего это бывает ряд чередующихся темных и светлых полос, цвет которых определяется длиной волны света , используемого в интерферометре.

Если один луч проходит геометрический путь l₁ в среде с показателем преломления n₁, а другой путь l₂ в среде с показателем преломления n₂, то оптическая разность хода лучей

. (10)

Когда равна четному числу полуволн, то наблюдается максимум, если нечетному, то – минимум освещенности. (рис. 1 к л/р № 1) При плавном изменении одного из показателей преломления (n₁ или n₂) будет изменяться. При изменении на величину, равную длине волны вся интерференционная картина сместится ровно на одну полосу и окажется подобной прежней (если интенсивность полос не отличается), то есть между смещением интерференционной картины на m полос и изменением оптической разности хода на существует соотношение (m=1, 2, 3,…).

Из выражения (10) видно, что этот метод является очень чувствительным. Например, при l₁=l₂=1 см смещение интерференционной картины на 1 полосу соответствует изменению показателя преломления на . Современные интерферометры позволяют замечать смещение интерференционной картины на 0,1 – 0,01 интерференционной полосы.