Prisme à faces courbes pour spectrographe ou spectroscope

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Submitted on 1 Jan 1910

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Prisme à faces courbes pour spectrographe ou spectroscope

Ch. Fery

To cite this version:

Ch. Fery. Prisme à faces courbes pour spectrographe ou spectroscope. J. Phys. Theor. Appl., 1910,

9 (1), pp.762-771. �10.1051/jphystap:019100090076201�. �jpa-00241589�

762

La masse d’une couche capillaire plane d’un volume égal ^{à 1 cen-}

timètre cube est la somme de la masse d’un demi-centimètre cube de liquide ^{et d’un} demi-centimètre cube de vapeur ^saturée.

En portant ^{la valeur} de ? dans ^{celle x on trouve}

La loi de Cailletet et Mathias donne, ^{x étant une constante} négative:

c’est-à-dire que la densite’ 1n0yenne de la couche capillaire plane

est une l’onction line,ai)-e dù’c7-oissante de la tem~roérature.

Re~~zc~r~2ce.

^On pourrait objecter ^{à ce} qui précède que, ^au point critique, l’expression :

se présente ^{sous la} forme indéterminée ~ ^{Il est} aisé de lever cette indétermination en remplaçant les volumes en fonction des densités

et appliquant ^la règle ^de L’Hopital ^{en tenant} compte ^{de la loi du} diamètre rectiligne.

PRISME A FACES COURBES POUR SPECTROGRAPHE OU SPECTROSCOPE Par M. CH. FERY.

1

Les spectrographes ^ont presque complètement remplacé les spec- troscopes ^dans les recherches chimiques ; ^ils présentent ^{sur ces der-}

niers appareils l’avantage précieux d’inscrire les résultats obtenus.

Par la photog raphie ^{sur la même} plaque ^du spectre du fer dont les raies ont été soigneusement repérées, ^{on rend inutile} l’emploi ^du classique micromètre.

(l~ Communication faite à la Société française ^de Physique : ^{Séance du 4 mars}

1910.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019100090076201

763 Les mesures de longueur d’onde des raies du métal ou du corps étudié ^se font alors avec beaucoup ^de précision, ^{en mesurant le cli-}

ché obtenu au moyen d’une petite ^{machine à diviser.} Les raies du fer étant très nombreuses et très fines, ^{on obtient} facilement, par

interpolation, ^la longueur d’onde des raies inconnues qui ^{se trouvent}

encadrées _par celles du spectre ^étalon.

C’est dans les régions bleue, ^{violette et} ultra-violette _que l’em-

ploi ^{de ces} appareils ^{est tout} indiqué, ^étant donné les radiations pour lesquelles ^{sont sensibles les} plaque s photographiques ordinaires.

Dans ces régions aussi, ^la dispersion ^de presque ^toutes les subs- tances réfringentes ^est considérable et le grand étalement du spectre obtenu est très favorable à la précision ^{des mesures.}

La région facilement photographiable ^est comprise entre 5 000 et 2 200 U . A. Pour atteindre ces dernières longueurs ^{d’onde, il faut avoir}

recours au quartz qui ^ne les absorbe _pas.

II

Le spectrographe ^le plus généralement employé ^{est constitué}

par ^{un ou} deux prismes ^de quartz ^{de 60°} placés ^{au minimum de}

déviation _{pour la} région ^moyenne photographiée, ^{et taillées de}

telle sorte que la direction générale ^du faisceau soit parallèle ^à

l’axe du quartz. ^{Si on} emploie ^un prisme unique, ^{on devra le}

constituer _par la réunion de deux prismes ^{de 30~,} l’un droit et l’autre

gauche, l’indice des circulaires droit et gauche ^étant légèrement

différent (prisme ^de Cornu).

Pour augmenter l’étalement du spectre, ^le quartz ayant ^un pou- voir dispersif qui ^n’est que le tiers environ ^de celui du flint, ^{on se}

sert de lentilles à long foyer (de l’ordre de 0-,50 ^{à 1} mètre), ^{ces len-}

tilles étant taillées perpendiculairement ^à l’axe dans des cristaux de rotation contraire.

Généralement ces lentilles ne sont pas achromatiques ; ^{la fluorine}

ou le spath ^{d’Islande sont en} effet les deux seules matières qu’il ^soit possible d’associer au quartz ^sans augmenter l’absorption ^{dans l’ul-} tra-violet ; ^{or ces matières sont rares et d’un} prix ^{élevé, et le} spath ^a

en outre une double réfraction prononcée, gênante pour ^cette ap-

plication.

Il résulte de ce défaut d’achromatisme _{que le} foyer des rayons

ultra-violets est beaucoup plus ^court que celui des rayons lumineux,

764

et que le châssis photographique doit faire avec la direction du fais-

ceau issu de la seconde lentille ^un angle ^assez aigu. ^·

Cet angle, que ^nous allons calculer dans le cas d’un spectographe

à un seul prisme, ^est évidemment indépendant ^du foyer ^{des len-}

tilles.

Fm. 1.

En effet, ^{soit 0} (~c~. 1) ^{le centre} optique de l’ensemble des deux lentilles entre lesquelles ^est placé ^le prisme, P l’angle ^de dispersion

entre deux longueurs ^{d’onde X, et Àr et fv et f,. les} foyers ^{violet et}

rouge de ^ces deux radiations.

On a :

Le ^« foyer chimique » r,.

f‘, ^{est facile à} calculer pour ^{une des len-} tilles, ^en partant ^{des formules connues :}

et

Pour l’ensemble des deux _verres, il sera évidemment double, ^et

l’équation (1) deviendra :

765

Si ^nous prenons, pour obtenir ^ce rapport, ^{les deux} radiations extrêmes dont les indices ordinaires sont pour le quartz:

on trouve :

Calculons

ou pour le quartz :

La différence 5i 60 - 50 02 - 1° ^{’ ’}

₁₀₀ ⁵⁸ représente donc ~ (ô~ ₂

^8,.).

L’angle ^de dispersion ^du prisme ^{de 60 est donc}

et

d’où

C’est donc ^sous cet angle ^{très faible de 27°, soit 63° avec la nor-}

male à la plaque, que les rayons rencontrent cette dernière.

De plus ^{les divers} foyers ^{colorés sont} répartis ^{sur une surface} courbe, ^ce qui oblige ^{à fléchir la} plaque ^ou employer ^des pellicules,

afin d’épouser ^{le mieux} possible ^{la forme de la} diacaustique.

Cette grande inclinaison du châssis photographique ^a pour résul- tats de multiplier ^la dispersion par sm ~ ~7° .- ^2,2, mais elle offre l’inconvénient de multiplier par le même facteur l’étalement des raies provenant ^{d’une mise au} point incorrecte.

Cette remarque explique l’instabilité du réglage ^des spectro-

766

graphes, ^{et montre} combien leurs divers éléments doivent être assemblés d’une façon rigide, ^{si on veut obtenir un} réglage ^stable.

Ajoutons ^{à ces} quelques critiques ^d’autres provenant ^{de l’encom-} brement, ^du prix ^{élevé de ces} appareils, ^{et aussi des} pertes ^de

lumière éprouvées par le passagedes rayons dans ^ces divers milieux.

Enfin le réglage ^{de ces} appareils, bien que ^très connu, n’en reste pas ^{moins une} opération longue ^et méticuleuse et qui ^ne peut que ^se faire par tâtonnements, ^{tant en ce} qui ^concerne l’inclinaison du châs- sis que la ^courbure qu’il ^{faut lui donner.}

III

C’est pour essayer d’échapper ^{à ces diverses} critiques que j’ai

combiné un spectrographe ^{basé sur} l’emploi ^d’un prisme ^{à faces}

courbes spécialement ^{construit et dont} je ^{vais donner la} description.

Il est admis _que, pour obtenir ^un spectre pur, ^{il est} nécessaire de faire tomber sur un prisme, placé ^au minimum de déviation, ^{un fais-}

ceau de _rayons parallèles. ^{La source est une} fente aussi étroite que

possible, disposée parallèlement ^{à l’arête} réfringente et placée ^au foyer principal ^{de la} lentille collimatrice. Une seconde lentille, ^rece-

vant les divers faisceaux parallèles monochromatiques, ^en donne,

dans son plan focal, ^une image ^nette.

On peut ^{énoncer d’une} façon plus générale que, pour obtenir ^un spectre pur, il faut et il suffit que ^les angles d’incidence des divers rayons incidents soient égaux ; ^{il doit en être de même pour les} angles d’émergence ^{de tous} les rayons d’une ^même longueur ^d’onde.

Cette condition est évidemment remplie ^{par le} prisme ^{à faces} planes usuellement employé, ^{mais on} peut imaginer ^{d’autres solu-}

tisons satisfaisant également ^{cette condition et} réalisant aussi celle du minimum de déviation : angles d’incidence et d’émergence égaux.

Soit en effet R, ^le _rayon ^de courbure de la face d’incidence d’un

prisme MPQN (~c~. ~).

Menons les droites PC et QC, ^{faisant avec} les normales aux points

d’incidence des angles égaux 1 ; ^au point C d’intersection de ces

deux droites sera placée ^{la fente.}

I ,a condition indiquée ^sera remplie par ^tous les rayons issus de C et venant frapper ^le prisme.

Imaginons que la radiation monochromatique choisie soit telle qu’on

ait sin i ^- Jùx sin r.

767

A l’angle d’incidence i correspondra ^{donc un} angle ^{r et en} pro-

longeant ^les deux rayons ainsi réfractés ^en P et Q, ^{nous obtien-}

dirons ^au point d’intersection B, ^{le centre de} courbure de la seconde surface MN d’un prisme ^à faces courbes. Cette dernière surface

sera argentée ^{ou étamée} pour augmenter ^son pouvoir réflecteur, ^et

les rayons réfractés, après ^{s’être tous} réfléchis normalement sur la surface MN, reviendront faire un foyer ^{exact sur la fente même.}

Fio. 2.

Si la radiation choisie était hétérogène, ^les angles ^{de réfraction}

seraient différents pour chaque ^{couleur, mais} égaux ^{entre eux sur}

toute la surface du prisme pour ^une même couleur. Après ^réflexion

sur la surface 1BIN, les divers rayons de chaque ^{faisceau monochro-} matique subiraient donc tous le même angle ^de réfraction à la sortie

et seraient amenés à un foyer ^{exact dans le} voisinage ^{de la fente.}

Il est facile de voir sur la figure que les angles A, ^{B et C sont} égaux. ^En effet les deux triangles qui ^{ont comme sommet com-}

mun le point K’ d’intersection des droites PC et QA ^{et comme autre}

sommet les points P, A, ^{C et} Q ^sont semblables : ils ont un angle opposé par le ^sommet K’ et deux angles égaux a t par construction ;

/B /B /B /x

donc A ⁼ C. On démontrerait de même que A = B et aussi que ^tous

768

les faisceaux’ monochromatiques concentrés dans le voisinage ^{de C}

se coupent ^{sous ce même} angle.

On peut ^donc f’aire passer ^un cercle par les points P, Q, C ,B ^{et A.}

Il en résulte que la fente, ^le spectre ^{et les centres de courbure}

des deux surfaces du prisme ^{sont sur un même} cercle tracé ^sur le rayon de la surface d’entrée ^comme diamètre. La distance PQ ^étant

faible par rapport ^{aux distances} R, ^{R’ et} R’’, ^{on a très} sensiblement : -.

relations qui permettent ^de calculer les rayons de courbure ^et le

foyer ^du prisme connaissant ^son angle r ^{et son} indice n sin r - sin i.

FIG. 3.

Afin de simplifier ^le montage ^de l’appareil, ^{on choisit un} angle

d’incidence i plus grand que celui produisant la réflexion normale à la surface argentée. ^A l’angle d’incidence i + ^di correspond ^un angle de réfraction ^r + dr, ^{et tous les} rayons de chaque ^faisceau monochromatique ^se réfléchissent sur la face MN en subissant une

déviation égale ^{à 180°} - 2dr ; ^{ils sortent donc tous en} faisant le même

angle d’émergence ^{id - i et viennent se} couper ^{en un} foyer exact ^sur

769 le cercle passant ^{par les centres} de courbure des deux faces sphé- riques limitant le prisme.

Il est facile de voir d’ailleurs que ^la dispersion ^{obtenue est indé-} pendante ^{de la position du spectre sur le cercle.}

Cette dispersion ^est égale ^{à ~} (angle ^des rayons extrêmes du

spectre), multiplié par la distance du prisme ^{à la} plaque photogra- p hique, ^{et elle est divisée} par le cosinus de l’angle ^sous lequel ^ces

rayons frappent ^la plaque (ficl. 3).

Or

Donc V (longueur ^du spectre photographié)

Astigmatisme ^du système.

^Le foyer conjugué ^d’un point ^{de la}

fente obtenu par fun faisceau étroit parallèles ^{à l’arête du} prisme

n’est évidemment pas le ^même que celui calculé précédemment.

Il en résulte, ^{comme dans le cas du réseau concave de} Rowland.,

un certain astigmatisme.

Lesconséquences ^{de cet} astigmatisme ^{sont diverses.}

Il présente ^{le défaut de rendre} plus ^difficile l’emploi ^des spectres

de comparaison.

J’ai tourné la difficulté en limitant le spectre par ^{un écran} mobile verticalement et percé ^{d’une fenêtre} horizontale. En déplaçant ^cet

écran d’une quantité égale ^{à la} largeur ^{de la fente} qu’il porte, ^on peut faire poser ^{sur une même} plaque ^le spectre ^de comparaison ^à

côté du spectre inconnu, ^{et cela sans} changer ^la position ^de l’image

de la source lumineuse sur la fente.

L’image ^d’un point ^{tombant surla} fente fournit en effet un spectre

de lignes.

L’astigmatisme présente en ^revanche l’avantage ^{de ne pas ame-}

ner à un foyer ^les poussières ^de la fente, ^ce qui occasionne ces lignes longitudinales ^{dans le} spectre qui ^{sont si} désagréables. La ~g. ~ ^est

une photographie ^de l’appareil ^{réalisé sur ce} principe. ^{Il a l’avan-}

tage ^d’avoir peu d’encombrement : un socle en fonte supporte ^la

fente, ^le prisme ^{et le} porte-châssis ^et peut ^{être recouvert d’une}

770

caisse s’opposant ^à l’introduction de la poussière ^dans l’appareil ^et

de la lumière étrangère pendant _m la pose.

rzG. ~.

Le foyer ^{choisi est de 1} mètre, ^ce qui correspond pour le quartz

(prisme ^de 30°) ^{à la même} dispersion que celle d’un spectrographe ayant des lunettes de 80 centimètres de longueur ^{et un} prisme

de 60°.

En réalité la dispersion ^{est même} plus grande ^{et devrait corres-} pondre ^{à un} spectrographe dont le collimateur etla lunette auraient 1 mètre de longueur focale; mais, ^{dans ces derniers} appareils, ^comme

nous l’avons _vu, l’inclinaison du châssis avec le faisceau est de ~’~° : elle est ici de 39°, ^{soit 51- avec la} normale.

Le spectrographe ^ordinaire multiplie ^{donc la} dispersion par

’ ’ i i ue ~ r ~ - 1 ~9.

Elle n’est multipliée ici que pd sin 39 sin ^{= ’}

Il a été impossible ^de reproduire ^{ici le} spectrogramme ^{en vraie}

grandeur, donné par ^cet appareil ; ^sa longueur ^{atteint en effet}

220 millimètres. La définition ^{est très} bonne sur toute l’étendue de

la plaque employée (24 centimètres de longueur).

771

.. IV.

~-pp~c~’o~ ^{de ce} pr~me ~ ~ construction d’un spectroscope.

Il suffit de remplacer ^le porte-châssis ^{par une} glissière ^munie

d’un vernier et portant l’oculaire.

Le spectre ^{visible a 9} centimètres avec un prisme ^{en flint de}

1 mètre de foyer ; ^{un vernier} à 1 ₂₀ de milimètre permet ^{donc de}

mesurer les longueurs ^{d’onde à 1 unité} d’Angstrôm.

CONSERVATION ^DES GRÊLONS ET ÉTUDE DE LEUR MICROSTRUCTURE ;

Par M. BORIS WEINBERG.

Jusqu’à ^{ces derniers} temps l’étude de la microstructure des grê- lons, ^en été, ^{était très} difficile, ^sinon impossible, ^aussi ai-je pensé qu’il serait utile de construire un appareil pour la ’conservation

FIG. 1.

des grêlon5 j usqu’à l’hiver. Cet appareil (/~7.i) ^{consiste en} trois cylindres coaxiaux ; l’espace ^{intérieur est destiné aux} grêlons, ^dans l’espace intermédiaire on met un mélang e ^de glace ^{et de sulfate de}

cuivre (approximativement ^{dans la} proportion qui correspondrait ^à

.