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Submitted on 1 Jan 1910
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Sur un goniomètre-réfractomètre auto-collimateur
C. Chéneveau
To cite this version:
C. Chéneveau. Sur un goniomètre-réfractomètre auto-collimateur. J. Phys. Theor. Appl., 1910, 9
(1), pp.823-829. �10.1051/jphystap:019100090082300�. �jpa-00241594�
823
SUR UN GONIOMÈTRE-RÉFRACTOMÈTRE AUTO-COLLIMATEUR (1);
Par M. C. CHÉNEVEAU.
L’appareil, dont je vais donner la description et qui a été réa-
.
lisé par la maison Pellin est un instrument de recherches ; mais
il peut être également utilisé, dans un laboratoire d’enseignement,
pour démontrer aux élèves un certain nombre de principes de l’op- trique(2).
FiG. ~. ’
.
La première application précise pour laquelle il a été créé est la
mesure des indices de réfraction et des dispersions des liquides, et
elle peut être facilement étendue aux corps solides.
(1) Communication faite à la Société française de physique, séance du
15 avril 1910.
(’) BIBLIOGRAPHIE. - Pour les corps solides principalement : O.-V. LITTROW,
Wien. Ber., 47 (2), 26, 1863 ; E. ABBE, Neue A~pm°a~e zur Bestim1nung des Bl’echul1gs..., Iéna, 1814 (catalogue de Zeiss) ; C. CZAPSKI (Z. f. Inst., 10, 361, 1890);
0 C. PULFRICH (~~’ied. Ann., 45, 609, 1892 ; Z. f. Inst., 14, 354; 1894~; C. FÉRY (C. R.,
t. CXV, 1892, 1309). L’application de l’auto-collimateur à la mesure des indices de
liquides paraît due à DE WAHA (J. de Pl2ys., 6, 186 ; 1871).
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019100090082300
1° Indices de ~°é frc~ction d’un solide.
-Si un rayon lumineux mono-
chromatique (provenantd’une flamme sodée) SO tombe sur un prisme
de verre P de façon qu’après réfraction en O sur la face d’entrée, il soit réfléchi sur la deuxième face AI normale à la direction 01 (~’cc~. 1), il
revient sur son propre chemin et l’indice du verre pour la raie D
sera donné par la relation :
Par ce procédé d’autocollimation, on a le même résultat avec un prisme de 30° qu’avec un prisme d’angle double placé au minimum
de déviation.
FIG. 2.
Pour effectuer la mesure de l’indice de réfraction, le prisme P est
monté sur une plaque? évidée en son centre et possédant un retour d’équerre, qui sert d’appui au prisme maintenu contre la plaque avec ~ î
.
de la cire molle (fig. 2). Une tige t est fixée à cette plaque et peut
,
825
glisser à frottement dans un tube soudé sur une plate-forme F por- tée par une potence M; la mise en place s’effectue à l’aide d’une vis
assez longue entrant dans la tige t. Non seulement le prisme peut ainsi tourner autour d’un axe vertical, si l’on donne un mouvement
de rotation au bouton b de la vis, mais il peut encore se déplacer
d ans deux plans perpendiculaires, à l’aide de deux vis de réglage, à
ressorts v et v’ agissant à angle droit; on peut donc amener dans le champ de la lunette autocollimatrice L, l’image réfléchie sur la face
AO du pris me et l’image réfractée(’~.
La potence M, qui soutient le prisme, est entraînée par un plateau
mobile N, qui couvre c01nplète1nent le plateau fixe S, portant le cercle divisé, sauf un endroit où se trouve disposé le vernier a au
1j60e, qu’on peut lire à l’aide d’une loupe 1, montée sur un support articulé, et d’un éclaireur à lame de verre dépoli d.
La division du cercle est de 20’ et le vernier donne ~0". Une vis
micrométrique à rappel à pompe V permet de faire coïncider exacte- ment l’image de la fente avec l’image du fil vertical du réticule, de
telle sorte qu’il reste autant de lumière à droite qu’à gauche de cette image du fil. Pour des mesures très précises, cette vis porte un tam- bour T divisé en 200 parties et une réglette R dont chaque division équivaut à un tour de tambour. Dans le premier modèle de l’appa- reil, la division du tambour valait 4",6~ et celle de la réglette 15’ 24".
La lunette autocollimatrice est constituée par un objectif 0, un oculaire 0’ et un réticule formé par deux fils perpendiculaires
dont un est vertical (2). Elle est montée entre colliers et peut être
réglée en orientation à l’aide des pointes x, x’ et, autour de l’axe hori- zontal passant par ces pointes, à l’aide de la vis V’. La fente f, ré-
glable, est placée sur le côté de la lunette; elle est éclairée par la flamme sodée d’un bec Méker ou d’un brûleur à chlorure de sodium dont on projette l’image sur la fente à l’aide d’une lentille. Un
petit prisme à réflexion totale, disposé à l’intérieur de la lunette,
sert à renvoyer les rayons issus de la fente dans la direction d’un axe
optique secondaire. J’ai montré (3) que le fait d’avoir la fente en
dehors de l’axe optique principal et de ne pas faire superposer son
image avec elle n’altère en rien les déterminations. Il faut cepen- (1) Pour avoir les meilleurs résultats, il est bon d’argenter ou d’étamer la face AI du prisme.
(~) Pour augmenter la netteté des images, il est bon de diaphragmer l’objectif.
(3) C. CHÉNEVEAU, Recherches sur les ~~°opriétés optiques des solutions et des corps dissous (Ann. Chim. Phys., t. XII, 8e série, p. 234-241 ; 1901).
t
dant que, par construction, la face OA du prisme soit dans le plan
de symétrie du cercle divisé.
Pour avoir l’indice par la formule (1), il suffit donc de mesurer
l’angle A par la méthode de wollaston et l’angle iD en amenant suc-
cessivement au réticule l’image de la fente, dont la largeur a été con-
venablement réglée, réfléchie sur la face AO et réfractée par le
prisme (1).
2° Dispersons d’un solide.
-A l’aide du tambour de la vis micro-
métrique, on repère toutes les raies intéressantes par rapport à la raie D (~). On prend en général les raies de l’hydrogène C ou Ha, F
ou H~, G’ ou Hy ; pour les obtenir, on dispose à la place de la flamme sodée un tube à hydrogèn e en forme de 4 ou d’U renversé ; la dé-
charge passe dans un tube capillaire horizontal et on projette sur la fente, à l’aide d’une lentille, l’image de la section de ce tube (3).
On peut estimer ainsi, avec plus d’exactitude que sur le cercle
divisé, les écarts augulaires oc, p, y entre les différentes raies et la raie D ; on a alors successivement :
d’où l’on déduit les valeurs de nl
-nc, nF
-nD, ~û’2013 ~e, à moins
qu’on ne préfère calculer ces dispersions partielles par les formules :
(1~ Il n’est pas nécessaire que les deux rayons réfléchis et le rayon réfracté soient à la même hauteur; on peut faire un réglage pour la mesure de l’angle et
un pour la mesure de i,,. Mais il est préférable de n’avoir qu’un réglage à faire.
(9) On peut prendre un tube à hélium très lumineux dont les raies se rap-
prochent de celles de l’hydrogène. On rappelle ici que les longueurs d’onde des
raies de l’hydrogène sont en ~,u, : C, 656,3 ; F, 486,1 ; G’, 434,0.
(3) On peut combiner facilement, à l’aide d’un prisme à réflexion totale ou d’un
dispositif mécanique, un système éclaireur permettant de passer commodément d’une source de lumière à la lumière du sodium.
.
827 Qn peut en déduire les pouvoirs dispersifs, rapports de disper-
sion, etc... Comme exemples de ces mesures, nous donnerons celles
qui nous ont permis de déterminer les indices et dispersion d’un
crown léger et d’un flint dense.
La précision sur la mesure de nD est + 0,0001 pour les indices de réfraction et =1:: 0,00001 à + 0,00002 pour les dispersions, lorsqu’on
ne dépasse pas un écart angulaire de 1"30’.
3° Indices et dispersions des liquides.
-Si le prisme de verre P
d’indice n~, (/~7. ~) plonge dans un milieu liquide d’indice Nv, on aura :
pour un rayon monochromatique jaune qui, après passage dans le
liquide, réfraction dans le prisme et réflexion sur la face Al, re-
viendra sur sa direction antérieure, le nouvel angle d’incidence étant l D.
.;Divisons les équations (1) et (2) membre à membre, on a l’indice
du liquide :
La méthode d’autocollimation rend la mesure de l’indice d’un
liquide indépendante de tout défaut du prisme, l’angle et la réfrac- tion étant mesurés au même point, du parallélism e des glaces de la
cuve et ne demande donc aucune correction.
,Pour réaliser cette mesure, le liquide est placé dans une cuve fixe C
en verre, et fermée par une bonne glace à faces planes et parallèles
G (fig. ~). Cette cuve peut s’orienter autour de l’axe vertical à l’aide
d’une vis tangente D et autour d’une charnière horizontale à l’aide de
la vis B; elle est entourée d’une enceinte métallique et entre les parois
peut se trouver ou circuler de l’eau pour rendre uniforme la tempé-
rature du liquide.
Le prisme, monté sur la potence décrite précédemment et qui peut basculer autour de la charnière c, c, tourne avec le plateau por- tant le vernier, sa face AO étant dans le plan de symétrie.
Il tourne ainsi dans le liquide, et on annule, en somme, par un lrori.s~me liquide d’angle variable, la déviation produite par un purisme
solide el’ angle constant. lae prisme est argenté sur la face AI (1) et mastiqué dans une monture métallique. Le verre employé est inatta- quable aux acides et aux bases (2).
Si l’on ne connaît pas, par le constructeur, les constantes optiques
du verre employé, on détermine iD, comme on l’a vu précédemment,
au besoin sans couvercle sur la cuve l’3).
Pour déterminer iD, on peut opérer ainsi : on amène l’image de la fente, réfléchie par la face antérieure de la glace G, sur le réticule,
en bas du champ par exemple, à l’aide des mouvements D et B. Pen- dant la mesure l’image reste ainsi sur le réticule; on verrait si la cuve a bougé et on la remettrait en place. Puis on mesure la différence
angulaire entre 1’image réfléchie sur la face AO du prisme et l’image
réfractée ~’~ ) .
Pour mesurer les dispersions, on opère comme pour un prisme
solide en mesurant à l’aide du tambour divisé les écarts angu- laires :
(1) On peut ainsi faire une mesure avec un liquide d’indice égal à celui du verre, ce qui ne serait pas possible si l’on n’augmentait pas, par cet artifice, l’intensité de la lumière réfléchie .
(2) Pour les liquides corrosifs, on supprime la garniture métallique latérale
pour que, seul, le prisme de verre (ou de quartz) plonge dans le liquide.
(3) Cornme les indices des liquides varient avec la température, le couvercle K de la cuve, qui est en deux parties et laisse libre le mouvement de rotation de la
tige de prisme, permet de placer un petit thermomètre dans l’eau de l’enveloppe.
(4) A cause de la plus faible intensité de la lumière réfléchie sur le prisme qui
est cependant encore suffisante avec un brûleur à sodium, et par ce fait qu’on peut diaphragmer la cuve et non l’objectif, on amène d’abord l’image réfléchie
sur le prisme, au réticule, sans liquide dans la cuve ; on place le liquide à l’aide
d’une pipette et on vérifie que l’image est encore en place. On peut d’ailleurs,
pour cette première opération, prendre une source de lumière plus intense. Il n’est pas utile de remplir toute la cuve de liquide.
of
829
on en déduit les angles i’c, 1’,, et i’G’, et les indices Ne, NF, No’ par des formules analogues à la formule (3) :
o L1 obtient alors les dispersions partiellesNo2013Nc,N~2013No, Ne’2013No,
ou moyenne ISp 2013 Ne avec une précision équivalente à celle des solides.
Voici un exemple de détermination des indices et des dispersions
de l’eau à une température de 16, (;. :
4~ Applications diverses de l’appareil.
--Sans insister sur les ap-
plications possibles de l’appareil, nous signalerons qu’avec un prisme de verre suffisamment dispersif, l’appareil peut servir de spectroscope, les raies étant repérées par le tambour et la réglette.
L’instrument peut servir également de diasporamètre, c’est-à-dire donner les rapports des dispersions de deux substances, qui sont
exactement achrornatisées (1). Il permet de faire comprendre et même
d’étudier la formation du spectre secondaire d’une combinaison de deux prismes. Suivant les liquides employés, le spectre peut être dans le sens habituel rouge violet um dans le sens inverse violet rouge; ce dernier cas se produit par exemple avec la benzine. On
peutchercherquelle liaison existe entre les rapports d’achromatisme de dispersion des deux substances pour expliquer l’un ou l’autre effet.
L’appareil peut encore se prêter à la détermination du pouvoir réfringent spécifique ou moléculaire d’un liquide d’une solution ou
d’un sel à i’état solide, puis du même échantillon, à l’état dissous:
c’est l’emploi que je lui réserve. Même si le sel solide est altérable à
l’air, on peut avoir ses constantes optiques dans un milieu liquide qui ne l’attaque pas et le protège de toute action de l’air.
Je tiens, en terminant, à remercier bien sincèrement M. C. Féry, professeurà l’École municipale de physique et de chimie industrielles,
des encouragements qu’il m’a donnés.
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