Aurélie 14/06/12
 

 

   Méthode d'Emmons : concours général 2012.



 


Contrairement aux minéraux, les valeurs des indices des verres étudiés sont peu étendues. Pour affiner l'étude du fragment on cherche à déterminer les valeurs de son indice de réfraction n pour un grand nombre de valeurs de longueur d'onde, s'étalant sur la quasi-totalité du dpectre visible.
L'indice de réfraction est assez fortement corrélé à la densité du matériau, et varie dans le même sens qu'elle lorsque la température varie.
A priori comment varie l'indice de réfraction du liquide d'immersion et d'un fragment de verre avec la température ?
L'indice de réfraction d'un liquide diminue quand la température s'élève. L
’augmentation de la température augmente le volume du liquide. Il y a donc moins de molécules par unité de volume. La valeur de l’indice de réfraction diminue.

Le dispositif expérimental d'Emmons possède un monochromateur et un système permettant de contrôler finement la température. Le monochromateur est un dispositif permettant de fournir une lumière quasimonochromatique, de longueur d'onde ajustable.
Comment réaliseriez-vous simplement un tel appareil ?
Un collimateur permet d'obtenir des rayons lumineux parallèles.
Un prisme disperse la lumière blanche ; un réseau diffracte cette même lumière. Un miroir sphérique permet de séparer les différentes longueurs d'onde.
Le protocole proposé par Emmons est le suivant : après avoir déterminé approximativement la valeur de l'indice de réfraction du fragment par une méthode quelconque, choisir grâce aux courbes de " double dispersion" le liquide le plus approprié aux mesures. Réaliser une lame mince avec ce liquide et le fragment et la porter à une température initiale connue. Grâce au monochromateur, déterminer la longueur d'onde pour laquelle le liquide et le fragment ont le même indice à cette température. Relever la température, la longueur d'onde et l'indice. Changer la température de quelques degrés et recommencer. On dispose ainsi d'un ensemble de données caractérisant bien le fragment.
Sur le schéma ci-dessous on trouve un extrait des graphes tirés de l'article original d'Emmons. ( consultable à l'adresse suivante : http:// www.minsocam.org/ammin/AM13/AM13_504.gif ).

On y voit les quatre liquides d'immersion repérés par 1, 2, 3, 4, les graphes n(l) pour diverses températures. Les longueurs d'onde sont exprimées en m ( 1°A = 10-10 m). Sur les courbes la longueur d'onde vartie entre 4000 °A et 7000°A.
Evaluer l'ordre de grandeur de dn/dT, caractérisant la variation de l'indice de réfraction ) pourle liquide 1
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Dn / DT ~ 0,027 / 20 ~10-3 °C-1.

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On constate expérimentalement que le coefficient dn/dT est mille fois plus petit pour les solides que pour les liquides.
Expliquer pourquoi cette condition est indispensable pour remplir les objectifs de l'étude du fragment. Quel confort expérimental ce fait apporte-t-il ?
L'indice de réfraction du fragment solide peut-être considéré comme pratiquement constant, alors que celui du liquide d'immersion varie avec la température.
L'indice du fragment sert de référence ; on fait varier celui du liquide en modifaint la longueur d'onde de la lumière, jusqu'à ce que le solide ne soit plus visible ( égalité des indices du fragment et du liquide d'immersion).
Pourquoi fait-on d'abord varier la température avant de rechercher la longueur d'onde qui fait disparaître le gragment ?
Il faut attendre que l'équilibre thermique s'établisse, ce qui peut prendre quelques minutes.





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