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.