Dispersion de rCfraction de I'argon, du krypton et du xCnon sous les Ctats solide et liquide

JULES MARCOUX Dkpartement de P/zysique, CollZge Militaire Royal de Saint-Jearr, Saint-Jemz, Que'bec

R e ~ u le 10 avril 1970

On a mesurC les variations de I'indice de rkfraction dans le visible de trois gaz rares: I'argon, le krypton et le xCnon sous les Ctats solide et liquide. On donne les valeurs mesuries sous forme de tableau et sous forme de courbes et on determine la valeur de n , pour le xCnon solide.

Variations of the index of refraction, in the visible region, for three rare gases, argon, krypton, and xenon, in the liquid and solid states have been measured. The measured values are given in table and graph form. The value of n , for solid xenon is determined.

Canadian Journal of Physics, 48, 1944 (1970)

Dans deux publications anttrieures (Marcoux 1969, 1970) nous avons donnt les rtsultats de mesures de I'indice de rkfraction et de la constante ditlectrique de trois gaz rares, soit: le xenon, le krypton et I'argon. Ces valeurs ont t t t compartes a I'aide de la relation de Maxwell (n2 = E,) en utilisant l'indice n, (h = 5893 A) au lieu de n, (quand la frtquence tend vers zero). Afin d'tvaluer la correction qu'il faut apporter aux indices, nous avons mesurt la dispersion de ces gaz dans le visible. Ceci nous permet de calculer n, a I'aide de la relation empirique de Cauchy (Bruhat 1947)

Dispositif expkrimental

Le montage exptrimental utilist a t t t dtcrit dans une autre publication (Marcoux 1969). Ajoutons ici que lorsqu'on doit mesurer des variations d'indice de rtfraction avec la longueur

d'onde, on doit calibrer l'appareil pour chacune des longueurs d'onde utilistes afin d'kliminer les effets de dispersion des difftrentes tpaisseurs de verre traverstes par le faisceau lumineux. Les liquides utilists pour cette calibration sont: le chlorure de carbone, le toluene, le tttrachlorure de carbone, l'alcool mkthylique et l'alcool tthylique; les valeurs des indices et des longueurs d'onde ont t t t tirtes des Tables de constantes physiques Smithsonian (1954).

Nous avons mesurt l'indice de rtfraction A 5 longueurs d'onde. Celles-ci ont t t t obtenues a l'aide de filtres interftrentiels fournis par la Compagnie Scientifique Ealing Ltte. Les filtres donnaient 6943 A, 6000A 5000 A, et 4047 A. Un autre filtre, de qualitt moindre, a t t t utilist a 6450 A, lorsque la lecture a 6943 A, c'est-a-dire dans le rouge lointain, ttait trop difficile a obtenir.

Nous donnons dans le Tableau I les valeurs des indices mesurts aux difftrentes longueurs

TABLEAU I Indices de rCfraction des trois gaz, Xe, K r et Ar, sous les Ctats liquide et solide i diverses

longueurs d'onde (p.f.: point de fusion. p.e.: point d'Cbullition)

n<p.e.) 1.343 1.345 1.368 1.374 Krypton (k 0.005)

n(solide) 1 .342 1 .340 1.344 1.341 n(p.f.) 1 .302 1.300 1.294 n(p.e.) 1 .290 1.290 1 .276 1 .284

Argon (+ 0.01) n(solide) 1.27 1.27 1.28

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1948 CANADlAN JOURNAL OF PHYSICS. VOL. 48, 1970

- -

'"1 quartz fondu

' n2 = 2.00 + 4.45 x lo6 h2

- INDICE DE REFRACTION 11, et que les comparaisons de nD2 et E, dans le

Xe (p. f. liquide) -o-~.-

1.70-

1.60-

K r (solide) --0-0 -0

0-0 K L (p.f. liquide)

0-

tableau de valeurs (Marcoux 1970) sont valides. Pour le xenon la variation est appreciable. En

verre f l in t lourd considkrant les courbes comme des droites, on obtient une variation dnldh = - 1.5 x

i chlorure de sodium La formule de Cauchy pour le xenon solide est

Ar (solidel

A r (p.f. liquide) "

4000 5000 6000 7000 Longueur d'onde (% )

FIG. 1. Courbes de dispersion de trois gaz rares sous les Ctats solide et liquide. Les courbes du haut sont donnCes pour fins de comparaison.

d'onde, pour 1'Ctat solide i la tempCrature de cristallisation, et pour 1'Ctat liquide au point de fusion (p.f.) et au point d'ibullition (p.e.) Notons que les valeurs pour I'argon sont donnCes B trois chiffres significatifs seulernent, parce que ces valeurs sont extrapolkes, n'ayant pas trouve de liquides possCdant des indices aussi bas pour calibrer I'appareil.

Nous representons graphiquement ces valeurs dans la partie infkrieure de la Fig. 1. Pour les trois gaz Ctudies, le solide et le liquide se com- portent B peu prts de la nl&-ne f a~on . Conime on peut l'observer sur la figure, on ne peut dCtecter une dispersion appreciable dans le cas de I'argon et du krypton dans la region CtudiCe; ce qui veut dire que la valeur 12, est trts prts de la valeur

La pricision de nos experiences ne nous permet pas d'utiliser le terme en La valeur de nm2 est donc Cgale B 2.00, tandis que nD2 vaut 2.09. Nous avons trouvC (Marcoux 1970) pour la constante diilectrique du xenon une valeur de 1.98 et d'autres chercheurs (Amey et Cole 1964) ont trouvC 2.033. L'accord est assez bon con- siderant les difficult& expirimentales rencontrkes dans de telles mesures. Dans le cas du xCnon liquide, les valeurs exptrimentales ne sont pas assez prCcises et les constantes de la formule de Cauchy n'ont pas CtC dCterminCes.

Nous n'avons pu trouver dans la littkrature scientifique des courbes de dispersion de solides moliculaires tels que ceux formis par les gaz rares. I1 nous est donc impossible de comparer nos rCsultats avec d'autres connus. Afin de voir cependant, comment se compare la dispersion des gaz rares sous les Ctats solide et liquide avec d'autres substances, nous donnons dans la partie supCrieure de la Fig. 1 les courbes de dispersion de trois substances soit: un verre flint lourd, le chlorure de sodium et le quartz fondu. Les valeurs des indices pour ces substances proviennent des Tables de constantes Smith- sonian (1954).

MARCOUX, J. 1969. J. Opt. Soc. Arner. 59, 998. MARCOUX, J. 1970. Can. J. Phys. 48, 244. SMITHSONIAN PHYSICAL TABLES. 1954. (The Lord Balti-

more Press, Baltimore, Ohio), p. 530. AMEY, R. L. et COLE, H. R. 1964. J. Chern. Phys. 40,146. BRUHAT, G. 1970.Optique(Massonet Cie, Editeurs, Paris,

France), p. 372.

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