Interféromètre de Jamin - Loi de Gladstone


L'interféromètre de Jamin a été le premier interféromètre dont la dimension des bras dépassait quelques centimètres. Il est maintenant remplacé par l'interféromètre de Mach et Zehnder plus facile à fabriquer et plus aisé à mettre en œuvre.
L'interféromètre est constitué par deux lames de verre d'épaisseur e à faces parallèles. la face arrière est argentée et la face avant peut être naturelle ou semi-transparente. Les lames (ou miroirs de Jamin) sont inclinées à 45° d'un fin pinceau lumineux crée par une fente source placée au foyer d'un condenseur. Il y a réflexion (vitreuse ou semi-transparente) d'une partie du faisceau sur la face avant et réfraction du reste à l'intérieur puis réflexion sur la face argentée puis réfraction sur la face d'entrée. Au final, si on ne prend en compte que les rayons les plus intenses, la lame a divisé le faisceau incident en deux faisceaux parallèles séparés par la distance D = 2½.e.tg (i) avec i tel que N.sin (i) = sin (π / 4).
Pour séparer correctement les faisceaux, il fait utiliser des miroirs très épais et difficiles à réaliser.
On éclaire le système en lumière monochromatique parallèle. Si l'interféromètre est parfaitement réglé, les chemins optiques (en bleu et vert sur la figure) sont rigoureusement identiques et dans le plan d'observation, on obtient une teinte uniforme. Le moindre défaut de parallélisme introduit une différence de marche et dans le plan d'observation, on observe des franges.
Historiquement cet interféromètre a été utilisé pour étudier l'indice des gaz.

Vérification de la loi de Gladstone
Dans le bras supérieur, on place un tube de longueur L fermé par deux lames à faces parallèles qui débordent sur le bras inférieur. Quand le tube contient de l'air à pression et température ambiantes, il n'y a pas de différence de marche supplémentaire introduite. En lumière blanche, on observe une frange en O (ordre zéro).
Influence de la pression.
Tout le système est porté à 273 K. Soit no l'indice de l'air à cette température sous une pression de 1 bar. On fait le vide dans le tube. Dans le bras inférieur, on a un retard de marche δ = (no − 1).L : La frange centrale est en O' en en O', l'ordre d'interférence est m = (no − 1).L / λ.
Si on laisse rentrer l'air dans le tube par une micro-fuite, la différence de marche diminue. Il suffit de compter le nombre total de franges qui défilent en O pour déterminer m et en déduire no.
Vérifier que pour P = 1 bar no = 1,00029 et que (no − 1) = C.P
Influence de la température
La pression dans le tube est maintenue à 1 bar et on fait évoluer la température du gaz contenu dans le tube. A la température T, l'ordre d'interférence en O' est m = (no − n).L / λ.
Vérifier que si T augmente, n diminue et que (n − 1).T = Constante.
Deux deux expériences on déduit que (n − 1) = K.P / T.
Si on considère l'air comme un gaz parfait alors PV / T = constante.

En déduire la loi de Gladstone : Si µ est la masse volumique du gaz alors (n − 1) / µ = Constante

Donnés utilisées :
L = 20 cm; λ = 540 nm.

Utilisation
Pour éviter des comptages trop fastidieux la valeur de L est limitée à 20 cm.
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