نمونه هایی از تداخل سنج ها نمونه هایی از تداخل سنج ها تعیین غلظت محلول ها با استفاده از تداخل سنج ریلی

آژانس فدرال برای آموزش

مؤسسه آموزشی دولتی آموزش عالی حرفه ای

دانشگاه فنی دان دولتی

گروه فیزیک

تعیین غلظت محلول ها با استفاده از تداخل سنج ریلی

دستورالعمل کارهای آزمایشگاهی № 12

در فیزیک

(بخش "اپتیک")

روستوف-آن-دون 2011

گردآوری شده توسط: دکترای علوم فنی، پروفسور S.I. اگورووا،

دکتری، دانشیار که در. اگوروف،

دکتری، دانشیار G.F. لمشکو.

"تعیین غلظت محلول ها با استفاده از تداخل سنج ریلی": روش. دستورالعمل ها. - Rostov n/a: مرکز انتشارات DSTU، 2011. - 8 p.

با تصمیم کمیسیون روش‌شناسی دانشکده نانوتکنولوژی و مواد کامپوزیت منتشر شد.

ویراستار علمی پروفسور، دکترای علوم فنی در مقابل. کوناکوف

هدف کار: 1. اصل عملکرد تداخل سنج ریلی را مطالعه کنید.

2. پدیده های تداخل را با استفاده از تداخل سنج ریلی مطالعه کنید.

3. غلظت اتیل الکل را در آب تعیین کنید.

تجهیزات: تداخل سنج ریلی، کووت با محلول های آزمایشی.

نظریه مختصر

دخالت - این برهم نهی امواج منسجم است که در آن یک توزیع مجدد فضایی شار نور رخ می دهد که در نتیجه ماکزیمم در برخی مکان ها و حداقل در شدت نور در برخی دیگر ظاهر می شود.

منسجم امواج با فرکانس یکسان و اختلاف فاز ثابت نامیده می شوند. برای به دست آوردن امواج منسجم، لازم است یک پرتو نوری که از یک منبع ساطع می شود، تقسیم شود.

الگوی تداخل را می توان با استفاده از دستگاه ITR-1 به دست آورد که بر اساس مدار تداخل سنج ریلی است که در آن الگوی تداخل از دو پرتو نور منسجم که از دو شکاف موازی عبور می کنند به دست می آید (شکل 1).

نور از منبع 1 (لامپ رشته ای) با استفاده از کندانسور روی شکاف جمع آوری می شود 2 ، در صفحه کانونی عدسی کولیماتور قرار دارد 3 . یک پرتو موازی از پرتوهایی که از عدسی خارج می شود توسط دو شکاف دیافراگم از هم جدا می شوند. 4 . این شکاف ها را می توان دو منبع امواج نور ثانویه دانست که منسجم هستند.

پرتوهای نور منسجم از عدسی عبور می کنند 6 ، و قسمت بالایی تیرها از کووت ها عبور می کند 5 (شکل 1)، و قسمت پایینی مستقیماً به داخل لنز هدایت می شود. در نتیجه تداخل دو جفت پرتوهای همدوس در صفحه کانونی عدسی رخ می دهد. الگوی تداخلی که از دو شکاف تشکیل شده است، سیستمی از نوارهای تیره و روشن است. موقعیت نوار تاریک (حداقل شرایط) یا روشن (حداکثر شرایط) با تفاوت نوری در مسیر پرتوهای مزاحم تعیین می شود:

- حداکثر شرایط، (1)

- حداقل شرایط، (2)

جایی که - اختلاف مسیر نوری، که برابر است با اختلاف طول مسیر نوری، یعنی.
, (3)

اینجا
- ضریب شکست،
- مسیرهایی که نور طی می کند، - طول موج نور،
- ترتیب حداکثر یا حداقل.

مشاهده از طریق چشمی انجام می شود 7 (عکس. 1).

الگوی تداخل در شکل 2 نشان داده شده است. پرتوهایی که از کووت ها عبور می کنند، الگوی تداخل پایینی را تشکیل می دهند و پرتوهایی که از کووت ها عبور می کنند، الگوی بالایی را تشکیل می دهند. تفاوت اضافی در مسیر پرتوها در کووت ها باعث جابجایی سیستم بالایی نسبت به سیستم پایینی می شود. اگر کووت ها با گازها یا مایعات با ضریب شکست متفاوت پر شوند، اختلاف مسیر اضافی ظاهر می شود که با فرمول (3) تعیین می شود.

با استفاده از یک دستگاه جبران، سیستم های نواری را می توان ترکیب کرد (شکل 3).

در این کار کووت ها هم طول هستند ( ). یکی از آنها حاوی آب مقطر است و دیگری حاوی محلولی از الکل اتیلیک در آب است. بنابراین، تفاوت اضافی در مسیر پرتوها عبارت است از:

, (4)

جایی که - طول کووت،
به ترتیب ضریب شکست محلول و آب مقطر هستند.

تداخل سنج ریلی

تداخل سنج RAYLEIGH (تداخل سنج) - تداخل سنج برای اندازه گیری ضریب شکست، بر اساس پدیده پراش نور در دو شکاف موازی. نمودار تداخل سنج ریلی در (شکل 10) در پیش بینی های عمودی و افقی ارائه شده است.

یک شکاف روشن با عرض کوچک S به عنوان منبع نور واقع در صفحه کانونی لنز O 1 عمل می کند. یک پرتو موازی از پرتوهایی که از O 1 خارج می شود از یک دیافراگم D با دو شکاف موازی و لوله R 1 و R 2 عبور می کند که گازها یا مایعات مورد مطالعه به داخل آن وارد می شوند. طول لوله ها یکسان است و فقط نیمه بالایی فضای بین O 1 و عدسی تلسکوپ O 2 را اشغال می کنند. در نتیجه تداخل پراش نور بر روی شکاف های دیافراگم D، در صفحه کانونی عدسی O 2، به جای تصویر شکاف S، دو سیستم از حاشیه های تداخلی تشکیل می شود که به صورت شماتیک در شکل 10 نشان داده شده است. . سیستم بالای نوارها توسط پرتوهایی که از لوله های R 1 و R 2 عبور می کنند و سیستم پایینی توسط پرتوهایی که از کنار آنها عبور می کنند تشکیل می شود. حاشیه های تداخل با استفاده از چشمی استوانه ای با فوکوس کوتاه O 3 مشاهده می شود. بسته به تفاوت در ضرایب شکست n 1 و n 2 از مواد قرار داده شده در R 1 و R 2، سیستم بالای نوارها در یک جهت یا جهت دیگر جابه جا می شود. با اندازه گیری بزرگی این اختلاط می توان n 1 - n 2 را محاسبه کرد. سیستم پایینی نوارها ثابت است و حرکات سیستم بالایی از آن اندازه گیری می شود. هنگامی که شکاف S با نور سفید روشن می شود، نوارهای مرکزی هر دو الگوی تداخلی رنگی هستند و نوارهای واقع در سمت راست و چپ آنها رنگی هستند. این امر تشخیص نوارهای مرکزی را آسان تر می کند. اندازه گیری حرکت سیستم بالای نوارها با استفاده از یک جبران کننده انجام می شود که یک اختلاف فاز اضافی بین پرتوهای عبوری از R 1 و R 2 تا زمانی که سیستم های بالایی و پایینی نوارها با هم ترکیب شوند، ایجاد می کند. با استفاده از تداخل سنج ریلی، دقت اندازه گیری بسیار بالایی تا 7 و حتی 8 رقم اعشار به دست می آید. تداخل سنج Rayleigh برای تشخیص ناخالصی های کوچک در هوا، آب، برای تجزیه و تحلیل گازهای معدن و کوره و برای اهداف دیگر استفاده می شود.

تداخل سنج Fabry-Pérot

تداخل سنج FABRY-PEROT یک دستگاه طیفی تداخل چند پرتو با پراکندگی دو بعدی، با وضوح بالا است. به عنوان وسیله ای با تجزیه فضایی تابش به طیف و فوتوگر استفاده می شود. ثبت نام و به عنوان یک دستگاه اسکن با ثبت فوتوالکتریک. تداخل سنج فابری-پرو یک لایه موازی صفحه از مواد شفاف نوری همگن است که توسط صفحات بازتابنده محدود شده است. پرکاربردترین تداخل سنج هوا Fabry-Pero شامل دو صفحه شیشه ای یا کوارتز است که در فاصله معینی d از یکدیگر قرار دارند (شکل 11). پوشش های بسیار بازتابنده روی صفحات روبروی هم اعمال می شود (با دقت طول موج 0.01 ساخته شده است). تداخل سنج Fabry-Pero بین کولیماتورها قرار دارد. یک دیافراگم روشن در صفحه کانونی کولیماتور ورودی نصب شده است که به عنوان منبع نور برای تداخل سنج Fabry-Perot عمل می کند. یک موج صفحه در تداخل سنج Fabry-Pero در نتیجه بازتاب های متعدد از آینه ها و خروجی جزئی پس از هر بازتاب به تعداد زیادی امواج منسجم صفحه که در دامنه و فاز متفاوت هستند، شکسته می شود. دامنه اراده های منسجم بر اساس قانون پیشرفت هندسی کاهش می یابد و تفاوت در مسیر بین هر جفت اراده منسجم مجاور که در یک جهت معین حرکت می کنند ثابت و مساوی است.

که در آن n ضریب شکست محیط بین آینه ها (برای هوا n=1) است و زاویه بین پرتو و زاویه عادی نسبت به آینه ها است. امواج منسجم پس از عبور از لنز کولیماتور خروجی، در صفحه کانونی F آن دخالت می‌کنند و یک الگوی تداخل فضایی را به شکل حلقه‌هایی با شیب مساوی تشکیل می‌دهند (شکل 12). توزیع شدت (روشنایی) در الگوی تداخل با بیان توصیف می شود

I =f k BTу/f 2 2،

جایی که B روشنایی منبع است، f k میزان عبور عدسی های کولیماتور است. y سطح مقطع پرتو موازی محوری است، f 2 فاصله کانونی لنز کولیماتور خروجی، T تابع انتقال تداخل سنج Fabry-Perot است.

T= T max (1+з 2 sin 2 k?) -1

جایی که T max = , k = 2r/l

z = 2/(1- c)، f، c و a به ترتیب ضرایب عبور، انعکاس و جذب آینه ها و f + c + a = 1 هستند.

تابع انتقال T، و در نتیجه توزیع شدت، دارای یک کاراکتر نوسانی با حداکثر شدت تیز است (شکل 13)، که موقعیت آن از شرایط تعیین می شود.

جایی که m (عدد صحیح) ترتیب طیف است، l طول موج است. در وسط بین ماکزیمم های مجاور، تابع T دارای حداقل است

از آنجایی که موقعیت حداکثر تداخل به زاویه u و زاویه h برابر با آن از خروج پرتوها از صفحه شیشه ای دوم بستگی دارد، الگوی تداخل به شکل حلقه های متحدالمرکز است (شکل 12) که از شرایط تعیین می شود. در ناحیه تصویر هندسی نمودار ورودی موضعی شده است (شکل 11).

شعاع این حلقه ها برابر است، به این معنی که در m = const یک رابطه بدون ابهام بین rm و r وجود دارد و بنابراین، تداخل سنج Fabry-Pero یک تجزیه فضایی تابش را به یک طیف ایجاد می کند. فاصله خطی بین حداکثر حلقه‌های همسایه و عرض این حلقه‌ها (شکل 13.) با افزایش شعاع کاهش می‌یابد، یعنی با افزایش r t، حلقه‌های تداخل باریک‌تر و متراکم‌تر می‌شوند. عرض حلقه ها؟r نیز به ضریب بازتاب c بستگی دارد و با افزایش c کاهش می یابد.

نسبت دیافراگم تداخل سنج فابری-پروت واقعی چندین صد برابر بیشتر از نسبت دیافراگم یک طیف سنج پراش با وضوح برابر است که مزیت آن است. از آنجایی که تداخل سنج Fabry-Pero با داشتن قدرت تفکیک بالا، دارای ناحیه پراکندگی بسیار کوچکی است، هنگام کار با آن، تک رنگی اولیه ضروری است تا عرض طیف مورد مطالعه کوچکتر باشد. برای این منظور، اغلب از ابزارهای پراکندگی متقاطع استفاده می‌شود که تداخل‌سنج فابری-پروت را با منشور یا طیف‌نگار پراش ترکیب می‌کنند تا جهت پراکندگی تداخل‌سنج فابری-پروت و طیف‌نگار متقابل عمود باشند. گاهی برای افزایش مساحت پراکندگی، از سیستم دو تداخل سنج Fabry-Pero که پشت سر هم با فواصل مختلف d قرار گرفته اند استفاده می شود، به طوری که نسبت آنها d 1 / d 2 برابر با یک عدد صحیح است. سپس ناحیه پراکندگی توسط تداخل سنج فابری-پروت نازک تر و قدرت تفکیک توسط تداخل سنج ضخیم تر تعیین می شود. هنگام نصب دو تداخل سنج Fabry-Pero یکسان، قدرت تفکیک افزایش می یابد و کنتراست الگوی تداخل افزایش می یابد.

تداخل سنج Fabry-Pero به طور گسترده ای در مناطق فرابنفش، مرئی و مادون قرمز طیف برای مطالعه ساختار ظریف و فوق ریز خطوط طیفی، برای مطالعه ساختار حالت تابش لیزر و غیره استفاده می شود. تداخل سنج Fabry-Pero همچنین به عنوان یک دستگاه استفاده می شود. تشدید کننده در لیزر

تداخل سنج ریلی

مدار تداخل سنج ریلی

تداخل سنج ریلی- تک پاس دو پرتو تداخل سنج، تقسیم نور از منبع به دو جریان، اختلاف فازکه بین آن با عبور نور از دو یکسان ایجاد می شود کووت ها، پر از مختلف گازها. ابتدا پیشنهاد شد لرد ریلیدر سال 1886 برای تعیین استفاده می شود ضریب شکستگازها

نمودار شماتیک

نور از منبع عبور می کند لنز، ایجاد یک تیر موازی و دیافراگم ها، برش دو پرتو از آن (بازوهای تداخل سنج). هر پرتو با گاز از سلول خود عبور می کند. در خروجی مدار عدسی وجود دارد که هر دو پرتو را به هم می رساند تا حاشیه های تداخلی در آن ایجاد شود. تمرکز.

برای اندازه گیری، یک جبران کننده در یکی از بازوها قرار می گیرد - به عنوان مثال، یک صفحه شیشه ای، که با چرخاندن آن می توانید آن را تغییر دهید. طول مسیر نوریپرتو در شانه اگر ضریب شکست در یکی از بازوها برابر باشد n، سپس دومین ضریب شکست ناشناخته برابر است با

طول کووت با گاز کجاست، - طول موجمنبع نور، - ترتیب تداخل (تعداد حاشیه های تداخلی که در یک نقطه معین قطع می شوند). با پارامترهای تنظیم معمولی - طول سلول یک متر، طول موج 550 نانومتر و ترتیب تداخل 1/40 - اختلاف ضریب شکست 10-8 را می توان اندازه گیری کرد. حساسیت تداخل سنج با طول سلول تعیین می شود. حداکثر طول آن معمولاً با قابلیت های فنی کنترل دما تعیین می شود، زیرا حرارتی نوساناتضریب شکست گازها را مخدوش می کند.

ادبیات

مکس بورن، گرگ ، امیل ( انگلیسی امیل ولف) اصول اپتیک: نظریه الکترومغناطیسی انتشار، تداخل و پراش نور. - هفتم - آرشیو جام، 2000. - ص 299-302. - 986 ص. - شابک 9780521784498
ص هریهارانمبانی تداخل سنجی - انتشارات دانشگاهی، 1386. - ص 15. - 226 ص. - شابک 9780123735898

بنیاد ویکی مدیا 2010.

ببینید "تداخل سنج ریلی" در فرهنگ های دیگر چیست:

تداخل سنج ریلی- Reilėjaus interferometras statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. تداخل سنج ریلی vok. تداخل سنج Rayleighsches, n rus. تداخل سنج ریلی، m pranc. interferomètre de Rayleigh, m … Fizikos Terminų žodynas

دستگاه اندازه گیری بر اساس تداخل موج. I. برای صدا وجود دارد. امواج و برای برق ماگ امواج (امواج نوری و رادیویی). نوری I. برای اندازه گیری نوری استفاده می شود. طیف طول موج خطوط، ضریب شکست محیط شفاف، abs... ... دایره المعارف فیزیکی

به تداخل سنج ریلی مراجعه کنید. دایره المعارف فیزیکی. در 5 جلد. م.: دایره المعارف شوروی. سردبیر A. M. Prokhorov. 1988 ... دایره المعارف فیزیکی

تداخل سنج یک دستگاه اندازه گیری است که اصل عملکرد آن بر اساس پدیده تداخل است. اصل کار تداخل سنج به شرح زیر است: پرتوی از تابش الکترومغناطیسی (نور، امواج رادیویی و غیره) با استفاده از... ... ویکی پدیا

تداخل سنج RAYLEIGH، تداخل سنج (نگاه کنید به تداخل سنج) برای اندازه گیری ضریب شکست بر اساس پراش نور در دو شکاف موازی... فرهنگ لغت دایره المعارفی

تداخل سنج دو پرتو، متشکل از دو آینه M1، M2 و دو صفحه نیمه شفاف موازی شکل. 1. شماتیک تداخل سنج Rozhdestvensky P1 P2 (شکل 1). M1، P1 و M2، P2 به صورت جفت به صورت موازی نصب می شوند، اما M1 و M2 کج می شوند... ... دایره المعارف فیزیکی

دستگاه اندازه گیری که از تداخل امواج استفاده می کند. سیگنال هایی برای امواج صوتی و الکترومغناطیسی وجود دارد: نوری (مناطق ماوراء بنفش، مرئی و مادون قرمز طیف) و امواج رادیویی با طول های مختلف. I. استفاده می شود ... ... دایره المعارف بزرگ شوروی

- (شکست سنج تداخلی) تداخل سنج دو پرتوی که برای اندازه گیری ضریب شکست پایین گازها استفاده می شود، که توسط ژول جامین در سال 1856 پیشنهاد شد. مطالب 1 دستگاه 2 برنامه ... ویکی پدیا

- (از تداخل و... متر) دستگاهی که در آن از پدیده تداخل برای اندازه گیری دقیق استفاده می شود. برای اندازه گیری ضریب شکست، بررسی بلوک های گیج، اندازه گیری ابعاد زاویه ای ستاره ها در نجوم، تشخیص عیب و... ... فرهنگ لغت بزرگ دایره المعارفی پلی تکنیک

Strutt, John William, 3rd Baron Rayleigh John William Strutt John William Strutt تاریخ تولد: 12 ... ویکی پدیا

7. تداخل سنج ریلی

تداخل سنج اولتراسونیک وسیله ای برای اندازه گیری سرعت فاز و ضریب جذب است که اصل عملکرد آن بر اساس تداخل امواج صوتی است. تداخل سنج اولتراسونیک معمولی (شکل...

تداخل سنج ها و کاربرد آنها

تداخل سنج جامین (تداخل سنج) تداخل سنج برای اندازه گیری ضریب شکست گازها و مایعات و همچنین برای تعیین غلظت ناخالصی ها در هوا است. تداخل سنج جامین (شکل 3...

تداخل سنج ها و کاربرد آنها

تداخل سنج ستاره ای - تداخل سنج برای اندازه گیری اندازه های زاویه ای ستاره ها و فواصل زاویه ای بین ستاره های دوتایی. اگر فاصله زاویه ای بین دو ستاره بسیار کم باشد، در تلسکوپ آنها به صورت یک ستاره قابل مشاهده هستند...

تداخل سنج ها و کاربرد آنها

تداخل سنج شدت - دستگاهی که در آن ضریب همبستگی شدت تشعشع دریافتی در دو نقطه از هم اندازه گیری می شود...

تداخل سنج ها و کاربرد آنها

تداخل سنج مایکلسون یکی از رایج ترین طرح های تداخل سنج اسکلتی است که برای کاربردهای مختلف در مواردی طراحی شده است که هم ترازی فضایی اجسام تولید کننده امواج مزاحم...

تداخل سنج ها و کاربرد آنها

تداخل سنج Rozhdestvensky یک تداخل سنج دو پرتو است که از 2 آینه M1، M2 و دو صفحه موازی شفاف P1، P2 تشکیل شده است (شکل 8). M1، P1 و M2، P2 به صورت جفت به صورت موازی نصب می شوند...

تداخل سنج ها و کاربرد آنها

تداخل سنج FABRY-PEROT یک دستگاه طیفی تداخل چند پرتو با پراکندگی دو بعدی، با وضوح بالا است. به عنوان دستگاهی با تجزیه فضایی تابش به طیف و عکس ...

اپتیک کوانتومی

از در نظر گرفتن قوانین استفان بولتزمن و وین نتیجه می شود که رویکرد ترمودینامیکی برای حل مسئله یافتن تابع جهانی کیرشهوف r?,T نتایج مطلوب را به دست نداده است.

توسعه دیدگاه ها در مورد ماهیت نور. پدیده تداخل نور

به طور طبیعی، اصل تداخل را می توان در هنگام مشاهده نه تنها باکتری ها، بلکه هنگام مشاهده ستاره ها نیز اعمال کرد. خیلی واضحه...

نظریه آسمان آبی

انواع و اقسام فرضیه ها در زمان های مختلف برای توضیح رنگ آسمان مطرح شده است. لئوناردو داوینچی با مشاهده اینکه چگونه دود در پس زمینه یک شومینه تیره رنگ آبی به خود می گیرد، نوشت: «... نور بالای تاریکی آبی می شود، زیباتر...