Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 119
Текст из файла (страница 119)
При сравнении спектров, полученных с помощью призм с равными преломлякпцими углами, но из разных веществ, можно заметить, что спектры не только отклонены на разные углы, что обусловлено разными значениями и для одной и той же длины волны А, но и растянуты на ббльшую или меньшую длину вследствие различия в величине дисперсии для разных веществ. Так, при сравнении одинаковых призм из воды и сероуглерода мы увидим, что во втором случае спектр (от красных до фиолетовых лучей) в 5 — 6 раз длиннее, чем в первом.
Измеряя показатель преломления для разных длин волн, можно исс тедовать дисперсионную способность вещества призмы, т.е. функцию п = ~(А). Очень наглядный метод, обрисовывающий характер дисперсии материала призмы, был применен еще Ньютоном в его первых исследованиях. Это метод скрещенньгх призм, состоящий в том, что свет проходит последовательно через две призмы, преломляющие ребра которых расположены перпендикулярно друг к другу (рис.
28.1). Цветная полоска, получающаяся в результате действия одной призмы, отклоняется второй призмой в разных своих частях различно в зависимости от величины показателя преломления, так что окончательная форма и расположение спектра определяются величиной дисперсии обеих призм. ы ) Разложение солнечного света в спектр в естественных условиях происходит в радуге, известной, конечно, с незапамятных времен. Декарт дал элементарную теорию радуги, основанную, по существу, на допущении зависимости показателя преломления от длины волны, но посвященную главным образом вычислению углов, под которыми видны радуги разных порядков.
Ньютон в своей «Оптике» воспроизводит рассуждения Декарта с указанием, что происхождение цветов оставалось Декарту неясным. ГЛ. ХХЧ1П. ДИСПЕРСИЯ И АБСОРБИИЯ СВЕТА 493 На основании своих сравнительно немногочисленных опытов Ньютон пришел к ошибочному заключени1о, что относительная дисперсия (см. 9 86) различных прозрачных веществ одинакова. В настоящее время нам известно, что зависимость между показателем пре- Г' ломления и дисперсией может быть весьма сложной, причем возрастание дис- ~1 Р, персии не всегда идет рука об руку с увеличением гг преломления, хотя обычно подобныйл параллелизм наблюдается.
Даже общий Рис. 28.1. Метод скрещенных призм Ньюход дисперсии — увеличе- тона ние показателя преломления при уменьшении длины волны не всегда имеет место. Леру (1862 г.), наблюдая преломление в призме, наполненной парами йода, обнаружил, что синие лучи преломляются меньше, чем красные (другие лучи поглощаются ллодом и от наблюдения ускользают). Эту особенность Леру назвал аномальной дисперсией название, удержавшееся и до нашего времени.
Аномальный ход дисперсии наблюдается и в жидкостях: исследуя спектр при помощи призмы, наполненной раствором фуксина., обнаружим, что фиолетовые лучи отклоняются меньше, чем красные. Систематические исследования Кундта, который использовал для своих опытов метод скрещенных призм, установили важный закон, согласно которому явление аномальной дисперсии тесно связано с поглощением света: все тела, обладающие аномальной дисперсией в Рис.
28.2. Вид спектра, по- какой-либо области (рис. 28.2), сильно получаемого по методу скре- глощают свет в этой области. Показатель шенных призм преломления вблизи полосы поглощения меняется настолько быстро, что значение его со стороны более длинных волн (точка 11Х) болыпе, чем со стороны коротких (точка Х). Аномальный ход показателя преломления, т.е. его уменьшение при уменьшении длины волны, имеет место внутри полосы от точки Лг к Х, где наблюдения очень трудны вследствие поглощения света.. Рисунок 28.3 воспроизводит в форме кривой результаты наблюдения над дисперсией раствора циапина в области полосы поглощения: от А до В показатель преломления уменыпается, т.е.
имеет аномальный ход. Общий ход показателя преломления на некотором расстоянии от полос поглощения соответствует обычному нормальному ходу диспер- 494 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОП'ГИКА сии: медленное увеличение показателя преломления по мере у'мРныпР- ния длины волны. Такой же ход имеет показатель преломления для прозрачных тел (стекло или кварц, например) на всем протяжении видимого спектра. Однако по мере продвижения в ультрафиолетову ю или инфракрасную части А спектра показатель преломления 2,4 этих веществ начинает меняться Ф довольно быстро, что указывает на приближение к полосам поглощения, которые действительно расположены в соответствую- 1,6 щих участках спектра. Таким образом, детальное исследование показывает, что всякое вещество имеет свои полосы в поглощения, и общий ход по- 760 680 600 520 440 казателя преломления обусловлен распределением этих полос по спектру.
Поэтому противопоРис 28 Я Аод показателя преломле стзвлРниР понитий нОрмальной ния в цианине в области полосы по- и аномальной ДиспеРсии теРЯ- ет смысл. Полная дисперсионная картина для любого вещества состоит из областей аномальной дисперсии, соответствующих областям внутри полос или линий поглощения, и областей нормальной дисперсии, расположенных между полосами поглощения. Связь между аномальной дисперсией и поглощением позволила. Кундту высказать соображение, что сильно поглощающие газы или пары должны также обладать аномальной дисперсией. Несколько лет спустя Кундту удалось наб.людать ожидаемое явление при лекционной демонстрации поглощения света парами натрия.
Свет от источника раз,лагается в спектр при помощи вертикально поставленной призмы, дававшей спектр в виде горизонтальной полоски. На пути лучей была расположена горелка, в пламя которой вводились пары натрия. На экране обнаружилось не только появление темной полосы в желтой части спектра, характерной для поглощения света в парах натрия, но и загиб спектральной полоски в разные стороны по бокам области поглощения. В этой случайно наблюденной картине Кундт сразу узнал явление аномальной дисперсии. Конусообразный о столб паров натрия, поднимавшийся над горелкой, играл роль призмы с горизонтальным пре- Красньпй и д Синий ломляющим ребром (основание внизУ), скРеЩенной с пеРвой Рис. 28.4.
Аномальная дисперсия призмои. стоившеи в парах натрия (демонстрационный вертикально. Как видно из оп, ) рис. 28.4, более длинноволновая часть а преломляется сильнее, чем более коротковолновая область б, для которой показатель преломления даже меньше единицы. 2,0 1,2 гл. ххчш. диспи сия и Авсоввция свктА 495 Пары натрия имеют в желтой части спектра не одну линию поглощения, а две очень резкие и тонкие линии, расположенные на расстоянии 0,6 нм друг от друга.
В описанном выше демонстрационном опь1те плотность паров натрия была настолько велика, что обе линии поглогцения .01 и .0~ сливались в одну полоску О и детали явления не были различимы. Улучп1енные условия опыта. позволяют наблюдать картину гораздо И отчетливее: при значительной плотности пара видны широкая полоса. поглоСиний Красный щения и загибы па краях (рис. 28.5 а), при уменьшенной плотности пара две области аномальной дисперсии, соответствующие двум линиям поглощения б (рис.
28.5 6). Так как наиболее отчетливая карти- Синий Красный на явления наблюдается в газах (парах), характеризующихся резкими линиями поглощения, то и проверку теоретических представлений лучше всего выпол- перс"и и пара" ~~~р~~: а— нять па газах, для которых, впрочем,и при значительной плотности построение теории значительно проще. пара обе линии поглоше™м Поэтому большое значение приобрели натРиЯ (дУблет натРиЯ) слиметоды исследования зависимости по- ваютси в полоскУ' б при казателя преломления от длины волны, небольшой плотности пара обе позволяющие производить то ь1е изме-' лн дублета раздечены рения в газах.
Ввиду малого отличия их показателя преломления от 1 (особенно при малой плотности, необходимой при работе вблизи линии поглощения) приходится применять интерференциопные рефрактометры. Наилучшие результаты получаются по методу ескрещения» спектральных аппаратов, причем одним из них служит, например, интерферометр Жамена, а. вторым — обычный спектрограф с призмой или дифракционной решеткой, обладающей болыпой дисперсией (Вуд, Д.С.
Рождественский), Их надо расположить таким образом, чтобы полосы интерференции шли горизонтально, а щель спектрографа — вертикально. Если на щель спектрографа отобразить картину, даваемую интерферометром от источника белого света„т.е. совокупность цветных полос, то в фокальной плоскости камерного объектива спектрографа мы увидим сплошной спектр, прочерченный в продольном направлении рядом темных линий, соответствующих тем местам щели спектрографа., на которые приходятся изображения темных полос интерференционной картины. Период интерференционной картины пропорционален длине волны. Поэтому расстояние между темными полосами тем болыпе, чем больше длина волны, и система темных полос в спектрографе будет сужаться от красного конца спектра.
к фиолетовому, как показано на. рис. 28.6. Отрегулируем приборы таким образом, чтобы нулевая полоса была прямолинейной и перпендикулярной к направлению щели, и примем ее за ось абсцисс. Ось ординат у направим вдоль щели 496 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОНФИКА спектрографа. Разность хода Л(д) между, лучами в двух плечах интерферометра зависит от д, как правило, линейно, т,е..Ь(д) = Ьд, где коэффициент Ь задается па.— раметрами применяемых приборов. Ордината т-й полосы О определится из условия Фиолет.
Л(д,„) = Ьд,„= тЛ. Из этого соотношения следует, в частности, увеРис. 28.6. Распложение полос ннтерфе- личение наклона (г1д/дЛ ренции при скрещении интерферометра = т/Ь) интерференционных Жамена и спектрографа полос по мере роста т (см. рис. 28.6). Если на. пути одного из лучей интерферометра ввести слой вещества толщины Ь с показателем преломления п = /'(Л), то будет < ообщена дополнительная разность хода, равная 6(п — 1), и условие, определяющее ординату т-й полосы, примет вид О Краси Ьд ~ Ь(п — 1) = тЛ, причем знак зависит от того, в какое из плеч интерферометра введен слой вещества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
