Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 120

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 120)

В результате иптерференционные полосы испытают соответственное смещение вдоль щели спектрографа, и нулевая полоса т = О, ранее удовлетворявшая условию д = О (ось абсцисс), теперь примет форму, соответствующую д = ~(п — 1)6/Ь. Таким образом, нулевая полоса вычерчивает в определенном масштабе зависимость (п — 1) от Л, т.е. дает непосредственно кривую дисперсии. Полосы ненулевого порядка имеют дополнительный наклон, увеличивающийся с ростом т.

Если в качестве до|юлнительного слоя вещества ввести трубку, наполненную, например, парами натрия, то можно точно исследовать ход показателя преломления даже вблизи линий поглощения, и притом тем ближе к ним, чем меныпе поглощение в парах натрия. Фотография наблюдаемой картины, заимствованная из работы Д.С. Рождественского, приведена на рис. 28.7. Рис. 28.7. Аномальная дисперсия в парах натрия (снимок Д.С. Рождественского) Рождественскому принадлежит также важный метод, позволивший значительно повысить точность измерения дисперсии в непосредственной близости к полосе поглощения.

Пользуясь возможностью ме- ГЛ. ХХЧП1. ДИСПВ1~СИЯ И АВСОРБПИЯ СВЕТА 497 нлшь наклон интерференционной полосы, вводя в какое-нибудь плечо слой ве1цества, Д.С. Рождественский поместил в одном плече слой исследуемого вещества, а в другом — стеклянпую пластинку. Так как в исследуемом веществе вблизи полосы поглощения дисперсия меняется очень сильно, то найдется такая длина волны, для которой действие исследуемого вещества.

будет точно скомпенсировано действием стеклянной пластинки, так что в этом месте наклон интерференционной кривой пройдет через нуль; слева. от этого значения длины волны кривые опускаются, а справа— поднимаются (или наоборот), образуя крюк, положение вершины которого в шкале длип волн можно точно измерить (рис. 28.8). Ход интерференционных полос задается в этом случае условием ная дисперсия в па- Ь~й 6(и 1) + 6 (и 1) 1иЛ. рах натрия (~метод Второй и третий члены в левой части этого соот- крюков» Д.С. Рожношения суть разности хода, вносимые слоем ис- дественского) следуемого вещества и стеклянной пластинкой, а 6, 6' и и, и' их толщины и показатели преломления.

Вдали от полос поглощения показатель преломления паров практически равен единице, и вид полос определяется действием одной стеклянной пластинки: нулевая полоса уходит из поля зрения интерферометра, а наблюдаются сильно наклоненные полосы высокого порядка (рис. 28.9). Например, при 6 = 1 см, и' — 1 — 0,5, Л = 0,5 10 4 см находим ,и — 1 ! ти6' ~10 . Длина волны, отвечающая вершине крюка, определяется условием ду /дЛ = О, которое приводит к соотношению Рис.

28.9. Интерфед ' и и ренционная картина т — 6 — = — 6 —, вдали от полос поглоозначающему равенство абсолютных величин наклонов полос, даваемых по отдельности стеклянной пластинкой и слоем исследуемого вещества. Вследствие малой дисперсии стекла величипа ~6' ди'/ИЛ~ составляет всего несколько процентов от ти, т,е. компенсация наклона. полос из-за сильной дисперсии исследуемого вещества происходит. главным образом, за счет большого значения порядка интерференции т. Д.С. Рождественский указал изящный прием, с помощью которого комбинацию т — 6' с1п,'/с1Л можно определить непосредственно по интерференционной картине. Таким образом, по положению вершины крюка можно определить ди/дЛ, т.е. дисперсию изучаемого вещества при том значении Л, которое соответствует точке излома интерференционной полосы.

Меняя тол1цину 6' стеклянной пластинки, можно смещать положение вершины крюка вдоль шкалы длин волн, переходя к местам различных 498 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОНИИКА значений дп/дЛ, исследуя таким образом дисперсию в желаемом интерВале длин Волн.

«Метод крюков» Рождественского широко используется в точных исследованиях по дисперсии для измерения ряда атомных характеристик и с другими целями. В настоящее время он настолько разработан, что может служить демонстрационным опытом. 8 156. Основы теории дисперсии Плодотворная попытка истолкования богатого материала., полученного экспериментальным путем, была сделана еще в «упругой» теории света..

Хотя эта теория не могла связать значение показателя преломления среды ни с каким из известных параметров последней, тем не менее истолкование явлений рефракции и дисперсии в веществе предпринято было уже давно. Согласно представлениям Френеля, свет распространяется в особой среде, светоносном эфире, обладающем свойствами упругого твердого тела, крайне разреженного и проникающего во все обычные среды. Скорость световой волны определяется в основном свойствами эфира, но в вещественных средах молекулы изменяют свойства. эфира, в них заключенного, и, таким образом, влияют на скорость распространения света. Развивая идею Френеля об учете влияния молекул вещества на частички эфира, Коши (1829 — 1835 гг.) пришел к формуле, выражающей зависимость показателя преломления от длины волны 'И=И+ — + — +..., Ь с (156.1) где Ао — длина волны в вакууме, а, 6, с, ...

— постоянные, значения которых для каждого вещества должны быть определены на опыте. В большинстве случаев можно ограничиться двумя первыми членами формулы (156.1). Формула Коши хорошо передает нормальный ход дисперсии. Так, очень тщательные измерения показателя преломления водорода можно при помогци соответственно подобранных коэффициентов а, Ь, и с передать формулой Коши очень хорошо, как показывает табл. 28.1. Таблица 281 Сравнение экспериментальных результатов с данными, полученными по формуле Коши Теория Коши была создана. задолго до открытия аномальной дисперсии.

Ее историческое значение очень велико, ибо это была первая ГЛ. ХХЧ1П. ДИСПЕВСИЯ И АВСОРБЦИЯ СВЕТА 499 работа, показавшая, что волновая теория в состоянии объяснить дисперсию света. После открытия аномальной дисперсии и установления ее связи с абсорбцией Зельмейер (1871 г.)') дал полную теорию явления, основываясь на представлении о взаимодействии молекул весомой среды и эфира. Особенностью теории Зельмейера явилось допущение, что молекулы обладают собственными частотами колебаний, характерными для данного вещества, благодаря чему получило объяснение наличие определенных полос (линий) поглощения. Из рассуждений Зельмейера вытекало, что наличие таких собственных периодов приводит к зависимости показателя преломления от частоты, весьма хорошо передающей весь ход дисперсии как вблизи, так и вдали от полос поглощения.

Основы теории Зельмейера сохранились и в дальнейших теориях дисперсии, в том числе и в современной электронной теории. Очень точные измерения зависимости и от Л, выполненные значительно позже (1912 г.) Д.С. Рождественским для паров натрия, показали, что расхождение между теорией Зельмейера и опытом не превьппает 2 — 3%. При этом удалось осуществить измерения вплоть до областей, отличающихся не более чем на 0,5 А от длины волны, соответствующей собственным колебаниям атома.

В 1945 г. ученикам Д.С. Рождественского удалось усовершенствовать его методы и еще болыпе приблизиться к центру линии поглощения, повысив в то же время точность измерений. В теории Зельмейера оказалось возможным связать оптическую константу (скорость света в веществе) с другими параметрами вещества, с собственными периодами колебаний его молекул, определение которых, правда, должно было выполняться также оптическими методами. Электронное истолкование дисперсии с использованием понятия собственных колебаний атомов установило природу колеблющихся частиц (электроны и ионы) и позволило значительно углубить наши представления о веществе и свете. В настоящее время в связи с радикальным изменением наших представлений о законах, управляющих поведением атомов и молекул, — изменением, внесенным квантовой теорией„— мы вынуждены пересмотреть и теорию дисперсии.

Однако, несмотря на коренную переработку этих представлений, основные существенные черты теории дисперсии сохранились и в квантовой ее трактовке ). При этом, однако, не только изменилась точка зрения на явление дисперсии, но ) Рэлей пишет: «Я установил позже, что Максвелл (до Зельмейера) рассмотрел проблему аномальной дисперсии. Его результаты содержатся в математических экзаменационных вопросах от 21Л.1869 г.

(СашЬп8е Са1епйаг, 1869 г.). В этом зкзаменационном вопросе уже имеются члены, учнтыва.- тощие вязкость, введенные позже Гельмгольцем» (Кау1е18ЬО Яс1. Рарегз. Ч. 111. Р. 413). ) Это связано с тем, что взаимодействие между атомом н световой волной можно учесть в хорошем согласии с опытом, если рассматривать атом как совокупность гармонических осцилляторов, а для гармонического осциллятора классическая и квантовая трактовки задачи приводят к одинаковым результатам. 500 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОптИКА и были открыты новые стороны его, не предусмотренные простейшими вариантами классичес~ой теории и на|педшие себе в дальнейшем опытное подтверждение (отрицательная абсорбция, некогерентное рассеяние света).

Познакомимся несколько детальнее с основами электронной теории дисперсии. 0 квантовой теории несколько слов будет сказано позднее. Как уже отмечалось, сущность взаимодействия света. и вещества сводится к интерференции падающей (первичной) волны со вторичными волнами, возникающими вследствие колебаний электронов (и ионов) вещества, обусловленных действием поля первичной волны. В настоящем разделе мы рассмотрим задачу более формально, исследуя зависимость диэлектрической проницаемости среды от ча.- стоты световых волн, вызывающих смещение электрических зарядов вещества. Как показывает явление Зеемана (см. гл.

Характеристики

Список файлов книги