Valoarea indicelui absolut de refracție al oricărei substanțe. fenomen de refractie

Lumina, prin natura sa, se propagă în diferite medii la viteze diferite. Cu cât mediul este mai dens, cu atât viteza de propagare a luminii în acesta este mai mică. S-a stabilit o măsură adecvată referitoare atât la densitatea unui material, cât și la viteza de propagare a luminii în acel material. Această măsură se numește indice de refracție. Pentru orice material, indicele de refracție este măsurat în raport cu viteza luminii în vid (vidul este adesea denumit spațiu liber). Următoarea formulă descrie această relație.

Cu cât indicele de refracție al unui material este mai mare, cu atât este mai dens. Când un fascicul de lumină trece de la un material la altul (cu un indice de refracție diferit), unghiul de refracție va fi diferit de unghiul de incidență. Un fascicul de lumină care pătrunde într-un mediu cu un indice de refracție mai mic va ieși la un unghi mai mare decât unghiul de incidență. Un fascicul de lumină care pătrunde într-un mediu cu un indice de refracție ridicat va ieși la un unghi mai mic decât unghiul de incidență. Acest lucru este prezentat în fig. 3.5.

Orez. 3.5.a. Un fascicul care trece de la un mediu cu N 1 ridicat la un mediu cu N 2 scăzut

Orez. 3.5.b. Un fascicul care trece de la un mediu cu N 1 scăzut la unul mediu cu N 2 ridicat

În acest caz, θ 1 este unghiul de incidență și θ 2 este unghiul de refracție. Unii indici tipici de refracție sunt enumerați mai jos.

Este curios de observat că pentru razele X indicele de refracție al sticlei este întotdeauna mai mic decât pentru aer, prin urmare, atunci când trec din aer în sticlă, acestea se îndepărtează de perpendiculară și nu spre perpendiculară, ca razele de lumină.

Biletul 75.

Legea reflexiei luminii: fasciculele incidente și reflectate, precum și perpendiculara pe interfața dintre două medii, restaurate în punctul de incidență al fasciculului, se află în același plan (planul de incidență). Unghiul de reflexie γ egal cu unghiul căderea α.

Legea refracției luminii: fasciculele incidente și refractate, precum și perpendiculara pe interfața dintre două medii, restaurate în punctul de incidență al fasciculului, se află în același plan. Raportul dintre sinusul unghiului de incidență α și sinusul unghiului de refracție β este o valoare constantă pentru două medii date:

Legile reflexiei și refracției sunt explicate în fizica undelor. Conform conceptelor de undă, refracția este o consecință a unei modificări a vitezei de propagare a undelor în timpul tranziției de la un mediu la altul. sens fizic indicele de refracție este raportul dintre viteza de propagare a undelor în primul mediu υ 1 și viteza de propagare a acestora în al doilea mediu υ 2:

Figura 3.1.1 ilustrează legile reflexiei și refracției luminii.

Un mediu cu un indice de refracție absolut mai mic se numește optic mai puțin dens.

Când lumina trece de la un mediu mai dens din punct de vedere optic la unul mai puțin dens din punct de vedere optic n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать fenomen de reflexie totală, adică dispariția fasciculului refractat. Acest fenomen se observă la unghiuri de incidență care depășesc un anumit unghi critic α pr, care se numește unghi limitator de reflexie internă totală(vezi fig. 3.1.2).

Pentru unghiul de incidență α = α pr sin β = 1; valoarea sin α pr \u003d n 2 / n 1< 1.

Dacă al doilea mediu este aerul (n 2 ≈ 1), atunci este convenabil să rescrieți formula ca

Fenomenul de reflexie internă totală își găsește aplicare în multe dispozitive optice. Cea mai interesantă și practic importantă aplicație este crearea ghidurilor de lumină cu fibre, care sunt filamente subțiri (de la câțiva micrometri la milimetri) îndoite arbitrar dintr-un material optic transparent (sticlă, cuarț). Lumina care cade pe capătul fibrei se poate propaga de-a lungul acesteia pe distanțe lungi datorită reflexiei interne totale de pe suprafețele laterale (Fig. 3.1.3). Direcția științifică și tehnică implicată în dezvoltarea și aplicarea ghidurilor optice de lumină se numește fibră optică.

Dispe "rsiya light" care (descompunerea luminii) este un fenomen de dependență indicator absolut refracția unei substanțe pe frecvența (sau lungimea de undă) luminii (dispersia frecvenței) sau, același lucru, dependența vitezei de fază a luminii într-o substanță de lungimea de undă (sau frecvența). Descoperit experimental de Newton în jurul anului 1672, deși teoretic bine explicat mult mai târziu.

Dispersia spațială este dependența tensorului permitivității mediului de vectorul de undă. Această dependență provoacă o serie de fenomene numite efecte de polarizare spațială.

Una dintre cele mai exemple bune dispersie - descompunere lumină albă la trecerea lui printr-o prismă (experimentul lui Newton). Esența fenomenului de dispersie este diferența dintre vitezele de propagare a razelor de lumină cu lungimi de undă diferite într-o substanță transparentă - un mediu optic (în timp ce în vid viteza luminii este întotdeauna aceeași, indiferent de lungimea de undă și, prin urmare, de culoare) . De obicei, cu cât frecvența unei unde luminoase este mai mare, cu atât este mai mare indicele de refracție al mediului pentru aceasta și cu atât viteza undei în mediu este mai mică:

Experimentele lui Newton Experimentul despre descompunerea luminii albe într-un spectru: Newton a îndreptat un fascicul de lumină solară printr-o mică gaură pe o prismă de sticlă. Ajuns pe prismă, fasciculul a fost refractat și a dat pe peretele opus o imagine alungită cu alternanță irizată de culori - spectrul. Experiment privind trecerea luminii monocromatice printr-o prismă: Newton a pus în calea razei solare un pahar roșu, în spatele căruia a primit lumină monocromatică (roșu), apoi o prismă și a observat pe ecran doar o pată roșie din raza de lumină. Experiență în sinteza (obținerea) luminii albe:În primul rând, Newton a îndreptat fasciculul solar către o prismă. Apoi, după ce a colectat razele colorate care ies din prismă cu ajutorul unei lentile convergente, Newton a primit o imagine albă a unei găuri pe un perete alb în loc de o bandă colorată. Concluziile lui Newton:- prisma nu schimbă lumina, ci doar o descompune în componente - razele luminoase care diferă ca culoare diferă prin gradul de refracție; razele violete sunt cel mai puternic refractate, lumina roșie este mai puțin refractată - lumina roșie, care este mai puțin refractată, are cea mai mare viteză, iar violetul are cea mai mică, prin urmare prisma descompune lumina. Dependența indicelui de refracție al luminii de culoarea sa se numește dispersie.

Concluzii:- o prismă descompune lumina - lumina albă este complexă (compozită) - razele violete sunt refractate mai mult decât cele roșii. Culoarea unui fascicul de lumină este determinată de frecvența sa de oscilație. La trecerea de la un mediu la altul, viteza luminii și lungimea de undă se schimbă, dar frecvența care determină culoarea rămâne constantă. Limitele intervalelor de lumină albă și componentele sale sunt de obicei caracterizate prin lungimile de undă în vid. Lumina albă este o colecție de lungimi de undă de la 380 la 760 nm.

Biletul 77.

Absorbția luminii. Legea lui Bouguer

Absorbția luminii în materie este asociată cu conversia energiei câmp electromagnetic undele în energia termică a materiei (sau în energia radiației fotoluminiscente secundare). Legea absorbției luminii (legea lui Bouguer) are forma:

Eu=I 0 exp(- X),(1)

Unde eu 0 , eu- intensitatea luminii de intrare (x=0)și iese din stratul mediu de grosime X, - coeficientul de absorbtie, depinde de .

Pentru dielectrici  =10 -1  10 -5 m -1 , pentru metale =10 5  10 7 m -1 , prin urmare metalele sunt opace la lumină.

Dependenta  ( ) explică colorarea corpurilor absorbante. De exemplu, sticla care absoarbe puțină lumină roșie va apărea roșie atunci când este iluminată cu lumină albă.

Răspândirea luminii. Legea lui Rayleigh

Difracția luminii poate apărea într-un mediu optic neomogen, de exemplu, într-un mediu tulbure (fum, ceață, aer prăfuit etc.). Difractând pe neomogenitățile mediului, undele luminoase creează un model de difracție caracterizat printr-o distribuție a intensității destul de uniformă în toate direcțiile.

O astfel de difracție prin mici neomogenități se numește împrăștierea luminii.

Acest fenomen se observă dacă un fascicul îngust de lumină solară trece prin aerul prăfuit, se împrăștie pe particulele de praf și devine vizibil.

Dacă dimensiunile neomogenităților sunt mici în comparație cu lungimea de undă (nu mai mult de 0,1  ), atunci intensitatea luminii împrăștiate este invers proporțională cu puterea a patra a lungimii de undă, adică.

eu rass ~ 1/  4 , (2)

această relație se numește legea lui Rayleigh.

Difuzarea luminii se observă și în mediile pure care nu conțin particule străine. De exemplu, poate apărea la fluctuații (abateri aleatorii) ale densității, anizotropiei sau concentrației. O astfel de împrăștiere se numește moleculară. Ea explică, de exemplu, culoarea albastră a cerului. Într-adevăr, conform (2), razele albastre și albastre sunt împrăștiate mai puternic decât roșu și galben, deoarece au o lungime de undă mai scurtă, provocând astfel culoarea albastră a cerului.

Biletul 78.

Polarizarea luminii- un ansamblu de fenomene de optică ondulatorie, în care se manifestă natura transversală a undelor luminoase electromagnetice. val transversal- particulele de mediu oscilează în direcții perpendiculare pe direcția de propagare a undei ( fig.1).

Fig.1 val transversal

unde luminii electromagnetice plan polarizat(polarizare liniară), dacă direcțiile de oscilație ale vectorilor E și B sunt strict fixate și se află în anumite plane ( fig.1). Se numește undă de lumină polarizată plană plan polarizat lumină (polarizată liniar). nepolarizat undă (naturală) - o undă luminoasă electromagnetică în care direcțiile de oscilație ale vectorilor E și B din această undă se pot afla în orice plan perpendicular pe vectorul viteză v. lumină nepolarizată- unde luminoase, în care direcțiile de oscilație ale vectorilor E și B se schimbă aleatoriu, astfel încât toate direcțiile de oscilații în planuri perpendiculare pe fasciculul de propagare a undelor sunt la fel de probabile ( fig.2).

Fig.2 lumină nepolarizată

unde polarizate- în care direcţiile vectorilor E şi B rămân neschimbate în spaţiu sau se modifică după o anumită lege. Radiație, în care direcția vectorului E se schimbă aleatoriu - nepolarizat. Un exemplu de astfel de radiații poate fi radiația termică (atomi și electroni distribuiți aleatoriu). Planul de polarizare- acesta este un plan perpendicular pe direcția de oscilație a vectorului E. Principalul mecanism de apariție a radiației polarizate este împrăștierea radiației de către electroni, atomi, molecule și particule de praf.

1.2. Tipuri de polarizare Există trei tipuri de polarizare. Să le definim. 1. Linear Apare dacă vectorul electric E își păstrează poziția în spațiu. Evidențiază într-un fel planul în care oscilează vectorul E. 2. Circular Aceasta este polarizarea care apare atunci când vectorul electric E se rotește în jurul direcției de propagare a undei cu o viteză unghiulară egală cu frecvența unghiulară a undei, menținând în același timp valoarea sa absolută. Această polarizare caracterizează direcția de rotație a vectorului E în planul perpendicular pe linia de vedere. Un exemplu este radiația ciclotron (un sistem de electroni care se rotesc într-un câmp magnetic). 3. Eliptice Apare atunci când mărimea vectorului electric E se modifică astfel încât acesta descrie o elipsă (rotația vectorului E). Polarizarea eliptică și circulară este dreapta (rotația vectorului E are loc în sensul acelor de ceasornic, dacă priviți spre unda care se propagă) și stânga (rotația vectorului E are loc în sens invers acelor de ceasornic, dacă priviți spre unda care se propagă).

De fapt, cel mai frecvent polarizare parțială (unde electromagnetice parțial polarizate). Cantitativ, se caracterizează printr-o anumită cantitate numită gradul de polarizare R, care este definit ca: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin) Unde Imax,Sunt în- cea mai mare și cea mai mică densitate a fluxului de energie electromagnetică prin analizor (Polaroid, prismă Nicol...). În practică, polarizarea radiațiilor este adesea descrisă de parametrii Stokes (se determină fluxurile de radiații cu o direcție de polarizare dată).

Biletul 79.

Dacă lumina naturală cade pe interfața dintre doi dielectrici (de exemplu, aer și sticlă), atunci o parte din ea este reflectată, iar o parte este refractă și se propagă în al doilea mediu. Prin plasarea unui analizor (de exemplu, turmalina) pe calea fasciculelor reflectate și refractate, ne asigurăm că fasciculele reflectate și refractate sunt parțial polarizate: atunci când analizorul este rotit în jurul fasciculelor, intensitatea luminii crește și scade periodic ( nu se observă dispariția completă!). Studiile ulterioare au arătat că în fasciculul reflectat predomină vibrațiile perpendiculare pe planul de incidență (în Fig. 275 sunt indicate prin puncte), în fasciculul refractat - oscilații paralele cu planul de incidență (indicate prin săgeți).

Gradul de polarizare (gradul de separare a undelor luminoase cu o anumită orientare a vectorului electric (și magnetic) depinde de unghiul de incidență al razelor și de indicele de refracție. fizician scoțian D. Brewster(1781-1868) stabilit lege, conform căruia la unghiul de incidență i B (unghiul Brewster), definit de relația

(n 21 - indicele de refracție al celui de-al doilea mediu față de primul), fasciculul reflectat este polarizat plan(conține doar oscilații perpendiculare pe planul de incidență) (Fig. 276). Fasciculul refractat la unghiul de incidențăi B polarizat la maxim, dar nu complet.

Dacă lumina incide pe interfață la unghiul Brewster, atunci razele reflectate și refractate reciproc perpendiculare(tg i B=sin i B/cos i b, n 21 = păcat i B / păcat i 2 (i 2 - unghi de refracție), de unde cos i B=sin i 2). Prin urmare, i B + i 2 =  /2, dar i’ B= i B (legea reflexiei), deci i’ B+ i 2 =  /2.

Gradul de polarizare a luminii reflectate și refractate la diferite unghiuri de incidență poate fi calculat din ecuațiile lui Maxwell, dacă luăm în considerare condițiile la limită pentru câmpul electromagnetic la interfața dintre doi dielectrici izotropi (așa-numitul formule Fresnel).

Gradul de polarizare a luminii refractate poate fi crescut semnificativ (prin refracție repetată, cu condiția ca lumina să cadă de fiecare dată pe interfață la unghiul Brewster). Dacă, de exemplu, pentru sticlă ( n= 1.53), gradul de polarizare al fasciculului refractat este de 15%, apoi după refracția cu 8-10 plăci de sticlă suprapuse una peste alta, lumina care iese dintr-un astfel de sistem va fi aproape complet polarizată. Acest set de plăci se numește picior. Piciorul poate fi folosit pentru a analiza lumina polarizata atat in reflexie cat si in refractie.

Biletul 79 (pentru pinten)

După cum arată experiența, în timpul refracției și reflectării luminii, lumina refractată și reflectată se dovedește a fi polarizată, iar reflexia. lumina poate fi complet polarizată la un anumit unghi de incidență, dar lumina este întotdeauna parţial polarizată.Pe baza formulelor lui Frinel se poate demonstra că reflecta. lumina este polarizată într-un plan perpendicular pe planul de incidență și de refracție. lumina este polarizată într-un plan paralel cu planul de incidență.

Unghiul de incidență la care reflecta lumina este complet polarizata se numeste unghiul lui Brewster.Unghiul lui Brewster este determinat din legea lui Brewster: -legea lui Brewster.In acest caz, unghiul dintre reflexie. și rupe. razele vor fi egale.Pentru un sistem aer-sticlă, unghiul Brewster este egal.Pentru a obține o bună polarizare, i.e. , când lumina este refractată, se folosesc o mulțime de suprafețe sparte, care se numesc Piciorul lui Stoletov.

Biletul 80.

Experiența arată că atunci când lumina interacționează cu materia, acțiunea principală (fiziologică, fotochimică, fotoelectrică etc.) este cauzată de oscilațiile vectorului, care uneori este numit vector luminos în acest sens. Prin urmare, pentru a descrie modelele de polarizare a luminii, este monitorizat comportamentul vectorului.

Planul format din vectori și se numește plan de polarizare.

Dacă oscilațiile vectoriale apar într-un plan fix, atunci o astfel de lumină (fascicul) se numește polarizat liniar. Este desemnat în mod arbitrar după cum urmează. Dacă fasciculul este polarizat într-un plan perpendicular (în plan xz, vezi fig. 2 în a doua prelegere), apoi se notează.

Lumina naturală (din surse obișnuite, soarele) constă din unde care au planuri de polarizare diferite, distribuite aleatoriu (vezi Fig. 3).

Lumina naturală este uneori denumită în mod convențional astfel. Se mai numește și nepolarizat.

Dacă în timpul propagării undei vectorul se rotește și, în același timp, capătul vectorului descrie un cerc, atunci o astfel de lumină se numește polarizat circular, iar polarizarea este circulară sau circulară (dreapta sau stânga). Există și polarizare eliptică.

Există dispozitive optice (filme, plăci etc.) - polarizatoare, care emit lumină polarizată liniar sau lumină parțial polarizată din lumina naturală.

Polarizatoarele folosite pentru a analiza polarizarea luminii se numesc analizoare.

Planul polarizatorului (sau analizorului) este planul de polarizare a luminii transmise de polarizator (sau analizor).

Fie ca un polarizator (sau analizor) să fie incident cu lumina polarizată liniar cu o amplitudine E 0 . Amplitudinea luminii transmise va fi E=E 0 cos j, și intensitatea Eu=I 0 cos 2 j.

Această formulă exprimă legea lui Malus:

Intensitatea luminii polarizate liniar care trece prin analizor este proporțională cu pătratul cosinusului unghiului jîntre planul de oscilaţii al luminii incidente şi planul analizorului.

Biletul 80 (pentru pinteni)

Polarizatoarele sunt dispozitive care fac posibila obtinerea luminii polarizate.Analizoarele sunt aparate cu care puteti analiza daca lumina este polarizata sau nu.Din punct de vedere structural, un polarizator si un analizor sunt la fel.atunci toate directiile vectorului E sunt probabil egale.Fiecare vectorul poate fi descompus în două componente reciproc perpendiculare: una dintre ele este paralelă cu planul de polarizare al polarizatorului, iar cealaltă este perpendiculară pe acesta.

Evident, intensitatea luminii care iese din polarizator va fi egală.Notăm intensitatea luminii care iese din polarizator cu ().Dacă pe traseul polarizatorului este plasat un analizor, al cărui plan principal formează un unghi cu planul principal al polarizatorului, atunci intensitatea luminii care iese din analizor este determinată de lege.

Biletul 81.

Studierea luminiscenței unei soluții de săruri de uraniu sub acțiunea - razelor de radiu, fizician sovietic P. A. Cherenkov a atras atenția asupra faptului că și apa în sine strălucește, în care nu există săruri de uraniu. S-a dovedit că atunci când razele (vezi radiația Gamma) sunt trecute prin lichide pure, toate încep să strălucească. S. I. Vavilov, sub a cărui direcție a lucrat P. A. Cherenkov, a emis ipoteza că strălucirea este asociată cu mișcarea electronilor eliminați de cuantele de radiu din atomi. Într-adevăr, strălucirea depindea puternic de direcția câmpului magnetic din lichid (acest lucru sugerează că cauza sa este mișcarea electronilor).

Dar de ce electronii care se mișcă într-un lichid emit lumină? Răspunsul corect la această întrebare a fost dat în 1937 de către fizicienii sovietici I. E. Tamm și I. M. Frank.

Un electron, care se mișcă într-o substanță, interacționează cu atomii din jur. Sub acțiunea câmpului său electric, electronii și nucleii atomici sunt deplasați în direcții opuse - mediul este polarizat. Polarizându-se și revenind apoi la starea inițială, atomii mediului, aflați de-a lungul traiectoriei electronului, emit unde luminoase electromagnetice. Dacă viteza electronului v este mai mică decât viteza de propagare a luminii în mediu (- indicele de refracție), atunci câmpul electromagnetic va depăși electronul, iar substanța va avea timp să se polarizeze în spațiu înaintea electronului. Polarizarea mediului în fața electronului și în spatele acestuia este opusă în direcție, iar radiațiile atomilor polarizați opus, „adunându-se”, „se sting” reciproc. Când atomii, la care electronul nu a ajuns încă, nu au timp să se polarizeze, și apare radiația, îndreptată de-a lungul unui strat conic îngust cu un vârf care coincide cu electronul în mișcare și un unghi la vârful c. Aspectul unui „con” de lumină și starea radiației pot fi obținute din principiile generale de propagare a undelor.

Orez. 1. Mecanismul formării frontului de undă

Lăsați un electron să se miște de-a lungul axei OE (vezi Fig. 1) a unui canal gol foarte îngust într-o substanță transparentă omogenă cu indice de refracție (este necesar un canal gol pentru a nu ține cont de ciocnirile unui electron cu atomii dintr-un consideraţie teoretică). Orice punct de pe linia OE ocupat succesiv de un electron va fi centrul emisiei de lumină. Undele care emană din punctele succesive O, D, E interferează între ele și sunt amplificate dacă diferența de fază dintre ele este zero (vezi Interferență). Această condiție este îndeplinită pentru direcția care face un unghi de 0 cu traiectoria electronului. Unghiul 0 este determinat de raportul:.

Într-adevăr, luați în considerare două unde emise în direcția la un unghi de 0 față de viteza electronului din două puncte ale traiectoriei - punctul O și punctul D, separate de o distanță. În punctul B, situat pe linia dreaptă BE, perpendicular pe OB, prima undă la - în timp Până la punctul F, situat pe dreapta BE, unda emisă din punct va ajunge în momentul de timp după emiterea val din punctul O. Aceste două valuri vor fi în fază, adică linia dreaptă va fi un front de undă dacă acești timpi sunt egali:. Asta ca conditie a egalitatii timpilor da. În toate direcțiile, pentru care, lumina se va stinge din cauza interferenței undelor emise din secțiuni ale traiectoriei separate de o distanță D. Valoarea lui D este determinată de o ecuație evidentă, unde T este perioada oscilațiilor luminii. Această ecuație are întotdeauna o soluție dacă.

Dacă , atunci direcția în care undele radiate, care interferează, se amplifică nu există, nu poate fi mai mare de 1.

Orez. 2. Distribuția undelor sonore și formarea unei unde de șoc în timpul mișcării corpului

Radiația se observă numai dacă .

Experimental, electronii zboară într-un unghi solid finit, cu o anumită răspândire a vitezelor și, ca urmare, radiația se propagă într-un strat conic în apropierea direcției principale, determinată de unghiul .

În considerarea noastră, am neglijat decelerația electronului. Acest lucru este destul de acceptabil, deoarece pierderile datorate radiației Vavilov-Cherenkov sunt mici și, în prima aproximare, putem presupune că energia pierdută de electron nu îi afectează viteza și se mișcă uniform. Aceasta este diferența fundamentală și neobișnuirea radiației Vavilov-Cherenkov. De obicei, încărcăturile radiază, experimentând o accelerație semnificativă.

Un electron care depășește propria lumină este ca un avion care zboară cu o viteză mai mare decât viteza sunetului. În acest caz, un șoc conic se propagă și în fața aeronavei. unda de sunet, (vezi Fig. 2).

Lucrări de laborator

Refracția luminii. Măsurarea indicelui de refracție al unui lichid

cu un refractometru

Scopul lucrării: aprofundarea ideilor despre fenomenul refracţiei luminii; studiul metodelor de măsurare a indicelui de refracție al mediilor lichide; studiul principiului de funcționare cu un refractometru.

Echipamente: refractometru, soluții saline, pipetă, cârpă moale pentru ștergerea părților optice ale aparatelor.

Teorie

Legile reflexiei și refracției luminii. indicele de refracție.

La interfața dintre medii, lumina își schimbă direcția de propagare. O parte din energia luminii se întoarce în primul mediu, adică. lumina este reflectată. Dacă al doilea mediu este transparent, atunci o parte a luminii, în anumite condiții, trece prin interfața dintre medii, schimbând, de regulă, direcția de propagare. Acest fenomen se numește refracția luminii. (Fig. 1).

Orez. 1. Reflexia și refracția luminii pe o interfață plată între două medii.

Direcția razelor reflectate și refractate atunci când lumina trece printr-o interfață plată între două medii transparente determinate de legile reflexiei si refractiei luminii.

Legea reflexiei luminii. Raza reflectată se află în același plan cu raza incidentă și normalul restabilit în planul de interfață în punctul de incidență. Unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie .

Legea refracției luminii. Fasciculul refractat se află în același plan cu fasciculul incident și normalul este restabilit în planul de interfață în punctul de incidență. Raportul dintre sinusul unghiului de incidență α la sinusul unghiului de refracție β există o valoare constantă pentru aceste două medii, numită indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul:

Indicele de refracție relativ două medii este egală cu raportul dintre viteza luminii în primul mediu v 1 și viteza luminii în al doilea mediu v 2:

Dacă lumina trece de la vid la un mediu, atunci indicele de refracție al mediului în raport cu vidul se numește indicele de refracție absolut al acestui mediu și este egal cu raportul vitezei luminii în vid. Cu la viteza luminii într-un mediu dat v:

Indicii de refracție absoluti sunt întotdeauna mai mari decât unu; pentru aer n luată ca unitate.

Indicele de refracție relativ al două medii poate fi exprimat în termeni de indici lor absoluti n 1 Și n 2 :

Determinarea indicelui de refracție al unui lichid

Pentru determinarea rapidă și convenabilă a indicelui de refracție al lichidelor, există instrumente optice speciale - refractometre, a căror parte principală sunt două prisme (Fig. 2): auxiliare etc. 1și măsurarea Ex 2. Lichidul de testare este turnat în golul dintre prisme.

La măsurarea indicatorilor se pot folosi două metode: metoda fasciculului de pășunat (pentru lichide transparente) și metoda reflexiei totale interioare (pentru soluții întunecate, tulburi și colorate). În această lucrare, primul dintre ele este folosit.

În metoda fasciculului de pășunat, lumina dintr-o sursă externă trece prin față AB prisme Ex 1, difuzează pe suprafața sa mată AC iar apoi prin stratul de lichid investigat pătrunde în prismă Ex 2. Suprafața mată devine o sursă de raze din toate direcțiile, așa că poate fi observată prin față EF prisme Ex 2. Cu toate acestea, linia AC poate fi văzut prin EF numai la un unghi mai mare decât un unghi minim limitator i. Valoarea acestui unghi este legată în mod unic de indicele de refracție al lichidului situat între prisme, care se va întâmpla să fie ideea principală a designului refractometrului.

Luați în considerare trecerea luminii printr-o față EF prismă de măsurare inferioară Ex 2. După cum se poate observa din fig. 2, aplicând de două ori legea refracției luminii, putem obține două relații:

Rezolvând acest sistem de ecuații, este ușor să ajungem la concluzia că indicele de refracție al lichidului

depinde de patru cantități: Q, r, r 1 Și i. Cu toate acestea, nu toate sunt independente. De exemplu,

r+ s= R , (4)

Unde R - unghiul de refracție al unei prisme Ex 2. În plus, prin setarea unghiului Q valoarea maximă este 90°, din ecuația (1) obținem:

Dar valoarea maximă a unghiului r , după cum se vede din fig. 2 și relațiile (3) și (4), corespund valorilor minime ale unghiurilor i Și r 1 , acestea. i min Și r min .

Astfel, indicele de refracție al unui lichid în cazul razelor „planare” este legat doar de unghi. i. În acest caz, există o valoare minimă a unghiului i, când marginea AC este încă observat, adică, în câmpul vizual, pare a fi alb în oglindă. Pentru unghiuri de vizualizare mai mici, marginea nu este vizibilă, iar în câmpul vizual acest loc apare negru. Deoarece telescopul instrumentului captează o zonă unghiulară relativ largă, în câmpul vizual se observă simultan zone luminoase și negre, granița dintre care corespunde unghiului minim de observare și este legată fără ambiguitate de indicele de refracție al lichidului. Folosind formula finală de calcul:

(concluzia sa este omisă) și un număr de lichide cu indici de refracție cunoscuți, este posibil să se calibreze dispozitivul, adică să se stabilească o corespondență unu-la-unu între indicii de refracție ai lichidelor și unghiurilor i min . Toate formulele de mai sus sunt derivate pentru raze de orice lungime de undă.

Lumina de diferite lungimi de unda va fi refracta, tinand cont de dispersia prismei. Astfel, atunci când prisma este iluminată cu lumină albă, interfața va fi neclară și colorată în diferite culori datorită dispersiei. Prin urmare, fiecare refractometru are un compensator care vă permite să eliminați rezultatul dispersiei. Poate consta din una sau două prisme de vedere directă - prisme Amici. Fiecare prismă Amici este formată din trei prisme de sticlă cu indici de refracție diferiți și dispersii diferite, de exemplu, prismele exterioare sunt din sticlă coroană, iar prisma din mijloc este din sticlă flint (sticlă coroană și sticla flint sunt tipuri de sticlă). Prin rotirea prismei compensatoare cu ajutorul unui dispozitiv special, se obține o imagine clară, incoloră a interfeței, a cărei poziție corespunde valorii indicelui de refracție pentru linia galbenă de sodiu. λ \u003d 5893 Å (prismele sunt proiectate astfel încât razele cu o lungime de undă de 5893 Å să nu experimenteze abateri în ele).

Razele care au trecut prin compensator intră în obiectivul telescopului, apoi trec prin prisma inversă prin ocularul telescopului în ochiul observatorului. Cursul schematic al razelor este prezentat în fig. 3.

Scara refractometrului este calibrată în ceea ce privește indicele de refracție și concentrația soluției de zaharoză în apă și este situată în planul focal al ocularului.

partea experimentală

Sarcina 1. Verificarea refractometrului.

Îndreptați lumina cu o oglindă către prisma auxiliară a refractometrului. Cu prisma auxiliară ridicată, pipetați câteva picături de apă distilată pe prisma de măsurare. Coborâți prisma secundară, obțineți cea mai bună iluminare a câmpului de vedere și setați ocularul astfel încât încrucișarea și scala indicelui de refracție să poată fi văzute clar. Întorcând camera prismei de măsurare, obțineți granița de lumină și umbră în câmpul vizual. Prin rotirea capului compensator, obțineți eliminarea colorării marginii de lumină și umbră. Aliniați marginea luminii și umbrelor cu punctul încrucișat și măsurați indicele de refracție al apei n ism . Dacă refractometrul funcționează, atunci valoarea ar trebui să fie pentru apă distilată n 0 = 1.333, dacă citirile diferă de această valoare, trebuie să determinați corecția Δn= n ism - 1.333, care ar trebui să fie luate în considerare în continuarea lucrărilor cu refractometrul. Faceți corecții în tabelul 1.

Tabelul 1.

Sarcina 2. Determinarea indicelui de refracție al unui lichid.

Determinați indicii de refracție ai soluțiilor de concentrații cunoscute, ținând cont de corecția constatată.

Masa 2.

Reprezentați grafic dependența indicelui de refracție al soluțiilor de clorură de sodiu de concentrație în funcție de rezultatele obținute. Faceți o concluzie despre dependența lui n de C; trageți concluzii despre acuratețea măsurătorilor pe un refractometru.

Luați o soluție de sare de concentrație necunoscută CU X , determinați-i indicele de refracție și găsiți concentrația soluției din grafic.

la pachet la locul de muncă, ștergeți ușor prismele refractometrelor cu o cârpă umedă și curată.

Întrebări de control

Reflexia si refractia luminii.

Indicii de refracție absoluti și relativi ai mediului.

Principiul de funcționare al refractometrului. Metoda grinzii glisante.

Cursul schematic al razelor într-o prismă. De ce sunt necesare prisme compensatoare?

Propagarea, reflectarea și refracția luminii

Natura luminii este electromagnetică. O dovadă în acest sens este coincidența dintre vitezele undelor electromagnetice și ale luminii în vid.

Într-un mediu omogen, lumina se propagă în linie dreaptă. Această afirmație se numește legea propagării rectilinie a luminii. O dovadă experimentală a acestei legi sunt umbrele ascuțite date de sursele punctiforme de lumină.

O linie geometrică care indică direcția de propagare a luminii se numește fascicul de lumină. Într-un mediu izotrop, razele de lumină sunt direcționate perpendicular pe frontul de undă.

Locul punctelor mediului care oscilează în aceeași fază se numește suprafață de undă, iar setul de puncte până la care oscilația a atins un anumit moment în timp se numește front de undă. În funcție de tipul de front de undă, se disting unde plane și sferice.

Pentru a explica procesul de propagare a luminii, utilizați principiu general teoria undelor despre mișcarea frontului de undă în spațiu, propusă de fizicianul olandez H. Huygens. Conform principiului Huygens, fiecare punct al mediului, la care ajunge excitația luminii, este centrul undelor secundare sferice, care se propagă și ele cu viteza luminii. Anvelopa de suprafață a fronturilor acestor unde secundare dă poziția frontului undei care se propagă efectiv în acel moment de timp.

Este necesar să se facă distincția între fasciculele de lumină și razele de lumină. Un fascicul de lumină este o parte dintr-o undă luminoasă care transportă energia luminoasă într-o direcție dată. Când se înlocuiește un fascicul de lumină cu un fascicul de lumină care îl descrie, acesta din urmă trebuie considerat ca coincide cu axa unui fascicul de lumină destul de îngust, dar având o lățime finită (dimensiunile secțiunii transversale sunt mult mai mari decât lungimea de undă).

Există fascicule de lumină divergente, convergente și cvasi-paralele. Sunt adesea folosiți termenii fascicul de raze de lumină sau pur și simplu raze de lumină, adică un set de raze de lumină care descriu un fascicul de lumină real.

Viteza luminii în vid c = 3 108 m/s este o constantă universală și nu depinde de frecvență. Pentru prima dată, viteza luminii a fost determinată experimental prin metoda astronomică de către omul de știință danez O. Römer. A. Michelson a măsurat viteza luminii mai precis.

Viteza luminii în materie este mai mică decât în ​​vid. Raportul dintre viteza luminii în vid și viteza acesteia într-un mediu dat se numește indicele de refracție absolut al mediului:

unde c este viteza luminii în vid, v este viteza luminii într-un mediu dat. Indicii absoluti de refracție ai tuturor substanțelor sunt mai mari decât unitatea.

Când lumina se propagă într-un mediu, este absorbită și împrăștiată, iar la interfața dintre medii este reflectată și refractă.

Legea reflexiei luminii: fasciculul incident, fasciculul reflectat și perpendiculara pe interfața dintre două medii, restabilite în punctul de incidență al fasciculului, se află în același plan; unghiul de reflexie g este egal cu unghiul de incidență a (fig. 1). Această lege coincide cu legea reflexiei pentru undele de orice natură și poate fi obținută ca o consecință a principiului Huygens.

Legea refracției luminii: fasciculul incident, fasciculul refractat și perpendiculara pe interfața dintre două medii, restaurate în punctul de incidență al fasciculului, se află în același plan; raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție pentru o anumită frecvență a luminii este o valoare constantă, numită indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul:

Legea refracției luminii stabilită experimental este explicată pe baza principiului Huygens. Conform conceptelor undelor, refracția este o consecință a unei modificări a vitezei de propagare a undelor în timpul tranziției de la un mediu la altul și sens fizic indicele de refracție relativ - acesta este raportul dintre viteza de propagare a undei în primul mediu v1 și viteza de propagare a acestora în al doilea mediu

Pentru mediile cu indici absoluti de refracție n1 și n2, indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul este egal cu raportul dintre indicele de refracție absolut al celui de-al doilea mediu și indicele de refracție absolut al primului mediu:

Mediul care are un indice de refracție mai mare se numește optic mai dens, viteza de propagare a luminii în el este mai mică. Dacă lumina trece de la un mediu optic mai dens la unul optic mai puțin dens, atunci la un anumit unghi de incidență a0 unghiul de refracție ar trebui să devină egal cu p/2. Intensitatea fasciculului refractat în acest caz devine egală cu zero. Incidentul luminii de pe interfața dintre două medii este complet reflectat de ea.

Unghiul de incidență a0 la care are loc reflexia internă totală a luminii se numește unghiul limitativ al reflexiei interne totale. La toate unghiurile de incidență egale sau mai mari decât a0, are loc reflexia totală a luminii.

Valoarea unghiului limitator se afla din relatia Daca n2 = 1 (vid), atunci

2 Indicele de refracție al unei substanțe este o valoare egală cu raportul vitezelor de fază ale luminii (unde electromagnetice) în vid și într-un mediu dat. Ei vorbesc și despre indicele de refracție pentru orice alte unde, de exemplu, sunet

Indicele de refracție depinde de proprietățile substanței și de lungimea de undă a radiației, pentru unele substanțe indicele de refracție se modifică destul de puternic atunci când frecvența undelor electromagnetice se schimbă de la frecvențe joase la cele optice și mai departe, putându-se, de asemenea, modifica și mai accentuat în anumite zonele scalei de frecvenţă. Valoarea implicită este de obicei domeniul optic sau intervalul determinat de context.

Există substanțe optic anizotrope în care indicele de refracție depinde de direcția și polarizarea luminii. Astfel de substanțe sunt destul de comune, în special, acestea sunt toate cristale cu o simetrie suficient de scăzută a rețelei cristaline, precum și substanțe supuse deformării mecanice.

Indicele de refracție poate fi exprimat ca rădăcină a produsului dintre magnetic și permitivitățile mediului

(trebuie ținut cont de faptul că valorile permeabilității magnetice și ale indicelui de permitivitate absolută pentru intervalul de frecvență de interes - de exemplu, cel optic, pot fi foarte diferite de valoarea statică a acestor valori).

Pentru măsurarea indicelui de refracție se folosesc refractometre manuale și automate. Când utilizați un refractometru pentru a determina concentrația de zahăr într-o soluție apoasă, dispozitivul se numește zaharimetru.

Raportul dintre sinusul unghiului de incidență () al fasciculului și sinusul unghiului de refracție () în timpul tranziției fasciculului de la mediu A la mediu B se numește indice de refracție relativ pentru această pereche de medii.

Mărimea n este indicele de refracție relativ al mediului B față de mediul A, an" = 1/n este indicele de refracție relativ al mediului A față de mediul B.

Această valoare, ceteris paribus, este de obicei mai mică decât unitatea atunci când fasciculul trece de la un mediu mai dens la un mediu mai puțin dens și mai mult decât unitatea când fasciculul trece de la un mediu mai puțin dens la un mediu mai dens (de exemplu, de la un gaz sau de la vid la un lichid sau solid). Există excepții de la această regulă și, prin urmare, se obișnuiește să se numească un mediu mai mult sau mai puțin dens din punct de vedere optic decât altul (a nu se confunda cu densitatea optică ca măsură a opacității unui mediu).

Un fascicul care cade din spațiul fără aer pe suprafața unui mediu B este refractat mai puternic decât atunci când cade pe ea dintr-un alt mediu A; indicele de refracție al unei raze incidente pe un mediu din spațiul fără aer se numește indicele său absolut de refracție sau pur și simplu indicele de refracție al acestui mediu, acesta este indicele de refracție, a cărui definiție este dată la începutul articolului. Indicele de refracție a oricărui gaz, inclusiv a aerului, în condiții normale este mult mai mic decât indicii de refracție ai lichidelor sau solidelor, prin urmare, aproximativ (și cu o precizie relativ bună) indicele de refracție absolut poate fi judecat din indicele de refracție față de aer.

Orez. 3. Principiul de funcționare al refractometrului de interferență. Un fascicul de lumină este împărțit astfel încât cele două părți ale sale să treacă prin cuve de lungime l umplute cu substanțe cu indici de refracție diferiți. La ieșirea din celulă, razele capătă o anumită diferență de drum și, fiind reunite, dau pe ecran o imagine a maximelor și minimelor de interferență cu ordine k (reprezentate schematic în dreapta). Diferența indicilor de refracție Dn=n2 –n1 =kl/2, unde l este lungimea de undă a luminii.

Refractometrele sunt dispozitive folosite pentru a măsura indicele de refracție al substanțelor. Principiul de funcționare al unui refractometru se bazează pe fenomenul de reflexie totală. Dacă un fascicul de lumină împrăștiat cade pe interfața a două medii cu indici de refracție și dintr-un mediu mai dens din punct de vedere optic, atunci pornind de la un anumit unghi de incidență, razele nu intră în al doilea mediu, ci sunt complet reflectate de interfața în primul mediu. Acest unghi se numește unghi limitativ de reflexie totală. Figura 1 arată comportamentul razelor atunci când cad într-un anumit curent al acestei suprafețe. Fasciculul merge la un unghi limitator. Din legea refracției, puteți determina:, (pentru că).

Unghiul limitator depinde de indicele de refracție relativ al celor două medii. Dacă razele reflectate de la suprafață sunt direcționate către o lentilă convergentă, atunci în planul focal al lentilei se poate vedea granița luminii și penumbrei, iar poziția acestei margini depinde de valoarea unghiului limitator și, în consecință , pe indicele de refracție. O modificare a indicelui de refracție al unuia dintre medii implică o modificare a poziției interfeței. Limita dintre lumină și umbră poate servi ca un indicator în determinarea indicelui de refracție, care este utilizat în refractometre. Această metodă de determinare a indicelui de refracție se numește metoda de reflexie totală.

În plus față de metoda de reflexie totală, refractometrele folosesc metoda fasciculului de pășunat. În această metodă, un fascicul de lumină împrăștiat lovește granița dintr-un mediu mai puțin dens optic în toate unghiurile posibile (Fig. 2). Fasciculul care alunecă de-a lungul suprafeței (), corespunde - unghiului limitator de refracție (fascicul din Fig. 2). Dacă punem o lentilă în calea razelor () refractate pe suprafață, atunci în planul focal al lentilei vom vedea și o graniță ascuțită între lumină și umbră.

Deoarece condițiile care determină valoarea unghiului limitator sunt aceleași în ambele metode, poziția interfeței este aceeași. Ambele metode sunt echivalente, dar metoda reflexiei totale vă permite să măsurați indicele de refracție al substanțelor opace

Calea razelor într-o prismă triunghiulară

Figura 9 prezintă o secțiune a unei prisme de sticlă cu un plan perpendicular pe marginile sale laterale. Fasciculul din prismă deviază spre bază, refractând pe fețele OA și 0B. Unghiul j dintre aceste fețe se numește unghiul de refracție al prismei. Unghiul de deformare q al fasciculului depinde de unghiul de refracție al prismei j, de indicele de refracție n al materialului prismei și de unghiul de incidență a. Poate fi calculat folosind legea refracției (1.4).

Refractometrul folosește o sursă de lumină albă 3. Datorită dispersiei atunci când lumina trece prin prismele 1 și 2, granița dintre lumină și umbră se dovedește a fi colorată. Pentru a evita acest lucru, în fața lentilei telescopului este plasat un compensator 4. Acesta este format din două prisme identice, fiecare fiind lipită împreună din trei prisme cu un indice de refracție diferit. Prismele sunt selectate astfel încât un fascicul monocromatic cu o lungime de undă = 589,3 um. (lungimea de undă a liniei galbene de sodiu) nu a fost testată după trecerea compensatorului de deviere. Razele cu alte lungimi de undă sunt deviate de prisme în direcții diferite. Prin deplasarea prismelor compensatoare cu ajutorul unui mâner special, granița dintre lumină și întuneric devine cât mai clară.

Razele de lumină, după ce au trecut de compensator, cad în lentila 6 a telescopului. Imaginea interfeței lumină-umbră este vizualizată prin ocularul 7 al telescopului. În același timp, prin ocular este vizualizată scara 8. Deoarece unghiul limitator de refracție și unghiul limitator de reflexie totală depind de indicele de refracție al lichidului, valorile acestui indice de refracție sunt imediat trasate pe scara refractometrului.

Sistemul optic al refractometrului conține și o prismă rotativă 5. Vă permite să poziționați axa telescopului perpendicular pe prismele 1 și 2, ceea ce face observarea mai convenabilă.

Indicele de refracție

Indicele de refracție substanțe - o valoare egală cu raportul vitezelor de fază ale luminii (unde electromagnetice) în vid și într-un mediu dat. De asemenea, se vorbește uneori despre indicele de refracție pentru orice alte unde, de exemplu, sunet, deși în cazuri precum acesta din urmă, definiția, desigur, trebuie modificată cumva.

Indicele de refracție depinde de proprietățile substanței și de lungimea de undă a radiației, pentru unele substanțe indicele de refracție se modifică destul de puternic atunci când frecvența undelor electromagnetice se schimbă de la frecvențe joase la cele optice și mai departe, putându-se, de asemenea, modifica și mai accentuat în anumite zonele scalei de frecvenţă. Valoarea implicită este de obicei domeniul optic sau intervalul determinat de context.

Legături

• RefractiveIndex.INFO baza de date cu indici de refracție

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce este „Indicele de refracție” în alte dicționare:

Relativ la două medii n21, raportul adimensional al vitezelor de propagare a radiației optice (c veta a) în primul (c1) și al doilea (c2) mediu: n21=c1/c2. În același timp se referă. P. p. este raportul dintre sinusurile g și căderea lui j și la g l ... ... Enciclopedia fizică

Vezi indicele de refracție...

Vezi indicele de refracție. * * * INDICE DE REFRACTIVITATE INDICE DE REFRACTIVITATE, vezi Indicele de refractie (vezi INDICE DE REFRACTIVITATE)... Dicţionar enciclopedic- INDICE DE REFRACTIVITATE, o valoare care caracterizeaza mediul si egala cu raportul dintre viteza luminii in vid si viteza luminii in mediu (indicele absolut de refractie). Indicele de refracție n depinde de dielectricul e și de permeabilitatea magnetică m ... ... Ilustrat Dicţionar enciclopedic

- (vezi INDICATOR REFRACTIV). Dicţionar enciclopedic fizic. Moscova: Enciclopedia Sovietică. Redactor-șef A. M. Prokhorov. 1983... Enciclopedia fizică

Vezi indicele de refracție... Marea Enciclopedie Sovietică

Raportul dintre viteza luminii în vid și viteza luminii într-un mediu (indice absolut de refracție). Indicele relativ de refracție a 2 medii este raportul dintre viteza luminii în mediu de la care lumina cade pe interfață și viteza luminii în secunda ... ... Dicţionar enciclopedic mare

Optica este una dintre cele mai vechi ramuri ale fizicii. Din vremea lui Grecia antică, mulți filozofi au fost interesați de legile mișcării și propagării luminii în diverse materiale transparente precum apa, sticla, diamantul și aerul. În acest articol, este luat în considerare fenomenul de refracție a luminii, atenția fiind concentrată pe indicele de refracție al aerului.

Efect de refracție a fasciculului de lumină

Toată lumea din viața lui s-a confruntat de sute de ori cu acest efect când s-a uitat la fundul unui rezervor sau la un pahar cu apă cu un obiect plasat în el. În același timp, rezervorul nu părea atât de adânc pe cât era de fapt, iar obiectele dintr-un pahar cu apă păreau deformate sau sparte.

Fenomenul de refracție constă într-o rupere a traiectoriei sale rectilinie atunci când traversează interfața dintre două materiale transparente. Rezumând un numar mare de dintre aceste experimente, la începutul secolului al XVII-lea, olandezul Willebrord Snell a obținut o expresie matematică care descrie cu acuratețe acest fenomen. Această expresie este scrisă sub următoarea formă:

n 1 *sin(θ 1) = n 2 *sin(θ 2) = const.

Aici n 1 , n 2 sunt indicii de refracție absoluti ai luminii în materialul corespunzător, θ 1 și θ 2 sunt unghiurile dintre fasciculul incident și cel refractat și perpendiculara pe planul de interfață, care este trasat prin punctul de intersecție al fasciculului. și acest avion.

Această formulă se numește legea lui Snell sau Snell-Descartes (francezul a fost cel care a notat-o ​​în forma prezentată, olandezul a folosit nu sinusuri, ci unități de lungime).

Pe lângă această formulă, fenomenul de refracție este descris de o altă lege, care este de natură geometrică. Constă în faptul că perpendiculara marcată pe plan și două raze (refractată și incidentă) se află în același plan.

Indicele de refracție absolut

Această valoare este inclusă în formula Snell, iar valoarea ei joacă rol important. Din punct de vedere matematic, indicele de refracție n corespunde formulei:

Simbolul c este viteza undelor electromagnetice în vid. Este de aproximativ 3*10 8 m/s. Valoarea v este viteza luminii în mediu. Astfel, indicele de refracție reflectă cantitatea de încetinire a luminii într-un mediu în raport cu spațiul fără aer.

Din formula de mai sus rezultă două concluzii importante:

• valoarea lui n este întotdeauna mai mare decât 1 (pentru vid este egală cu unu);
• este o cantitate adimensională.

De exemplu, indicele de refracție al aerului este 1,00029, în timp ce pentru apă este de 1,33.

Indicele de refracție nu este o valoare constantă pentru un anumit mediu. Depinde de temperatura. Mai mult, pentru fiecare frecvență unde electromagnetice are propriul ei sens. Deci, cifrele de mai sus corespund unei temperaturi de 20 o C și părții galbene a spectrului vizibil (lungime de undă - aproximativ 580-590 nm).

Dependența valorii lui n de frecvența luminii se manifestă în descompunerea luminii albe de către o prismă într-un număr de culori, precum și în formarea unui curcubeu pe cer în timpul ploii abundente.

Indicele de refracție al luminii în aer

Valoarea sa (1,00029) a fost deja dată mai sus. Deoarece indicele de refracție al aerului diferă doar cu a patra zecimală de zero, atunci pentru rezolvarea problemelor practice poate fi considerat egal cu unu. O mică diferență de n pentru aer față de unitate indică faptul că lumina practic nu este încetinită de moleculele de aer, ceea ce este asociat cu densitatea sa relativ scăzută. Astfel, densitatea medie a aerului este de 1,225 kg/m 3 , adică este de peste 800 de ori mai ușor decât apa dulce.

Aerul este un mediu optic subțire. Însuși procesul de încetinire a vitezei luminii într-un material este de natură cuantică și este asociat cu actele de absorbție și emisie de fotoni de către atomii materiei.

Modificările în compoziția aerului (de exemplu, o creștere a conținutului de vapori de apă din acesta) și schimbările de temperatură duc la modificări semnificative ale indicelui de refracție. Un prim exemplu este efectul unui miraj în deșert, care apare datorită diferenței indicilor de refracție ai straturilor de aer cu temperaturi diferite.

interfață sticlă-aer

Sticla este un mediu mult mai dens decât aerul. Indicele său absolut de refracție variază de la 1,5 la 1,66, în funcție de tipul de sticlă. Dacă luăm valoarea medie de 1,55, atunci refracția fasciculului la interfața aer-sticlă poate fi calculată folosind formula:

păcat (θ 1) / păcat (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1,55.

Valoarea lui n 21 se numește indicele de refracție relativ al aerului - sticlă. Dacă fasciculul iese din sticlă în aer, atunci trebuie utilizată următoarea formulă:

păcat (θ 1) / păcat (θ 2) \u003d n 2 / n 1 \u003d n 21 \u003d 1 / 1,55 \u003d 0,645.

Dacă unghiul fasciculului refractat în acest din urmă caz ​​este egal cu 90 o , atunci cel corespunzător se numește critic. Pentru limita sticlă-aer, este egală cu:

θ 1 \u003d arcsin (0,645) \u003d 40,17 o.

Dacă fasciculul cade pe limita sticlă-aer cu unghiuri mai mari de 40,17 o , atunci va fi reflectat complet înapoi în sticlă. Acest fenomen se numește „reflexie internă totală”.

Unghiul critic există doar atunci când fasciculul se deplasează dintr-un mediu dens (din sticlă în aer, dar nu invers).