Апсолутен индекс на рефракција во вода. Индекс на рефракција
На вашиот курс по физика во осмо одделение, научивте за феноменот на прекршување на светлината. Сега знаете дека светлината е електромагнетни бранови со одреден опсег на фреквенција. Врз основа на знаењето за природата на светлината, можете да ја разберете физичката причина за рефракција и да објасните многу други светлосни феномени поврзани со неа.
Ориз. 141. Премин од една средина во друга, зракот се прекршува, т.е. го менува правецот на ширење
Според законот за прекршување на светлината (сл. 141):
- инцидентот, прекршените и нормалните зраци кои се привлечени на интерфејсот помеѓу два медиума на точката на инциденца на зракот лежат во иста рамнина; односот на синусот на аголот на инциденца до синусот на аголот на прекршување е константна вредност за овие две медиуми
каде n 21 е релативен индекс на рефракција на вториот медиум во однос на првиот.
Ако зракот премине во кој било медиум од вакуум, тогаш
каде што n е апсолутен индекс на рефракција (или едноставно индекс на рефракција) на вториот медиум. Во овој случај, првиот „медиум“ е вакуум, чија апсолутна вредност се зема како единство.
Законот за прекршување на светлината беше експериментално откриен од холандскиот научник Вилеборд Снелиус во 1621 година. Законот беше формулиран во трактат за оптика, кој беше пронајден во трудовите на научникот по неговата смрт.
По откритието на Снел, неколку научници поставија хипотеза дека прекршувањето на светлината се должи на промената на нејзината брзина при минување низ границата на два медиума. Валидноста на оваа хипотеза беше потврдена со теоретски докази спроведени независно од францускиот математичар Пјер Фермат (во 1662 година) и холандскиот физичар Кристиан Хајгенс (во 1690 година). Тие дојдоа до ист резултат на различни начини, докажувајќи го тоа
- односот на синусот на аголот на инциденца до синусот на аголот на прекршување е константна вредност за овие две медиуми, еднаква на односот на брзините на светлината во овие медиуми:
(3)
Од равенката (3) следува дека ако аголот на прекршување β е помал од аголот на инциденца a, тогаш светлината со дадена фреквенција во втората средина се шири побавно отколку во првата, т.е. V 2 Односот помеѓу количините вклучени во равенката (3) послужи како убедлива причина за појавата на друга формулација за дефиниција на релативниот индекс на рефракција: n 21 = v 1 / v 2 (4) Оставете зрак светлина да помине од вакуум во некоја средина. Заменувајќи го v1 во равенката (4) со брзината на светлината во вакуум c, и v 2 со брзината на светлината во средина v, ја добиваме равенката (5), која е дефиниција за апсолутниот индекс на рефракција: Според равенките (4) и (5), n 21 покажува колку пати брзината на светлината се менува кога поминува од една средина во друга, и n - кога поминува од вакуум во средина. Ова е физичкото значење на индексите на рефракција. Вредноста на апсолутниот индекс на рефракција n на која било супстанција е поголема од еден (ова го потврдуваат податоците содржани во табелите на физичките референтни книги). Потоа, според равенката (5), c/v > 1 и c > v, т.е. брзината на светлината во која било супстанција е помала од брзината на светлината во вакуум. Без да даваме строги оправдувања (тие се сложени и незгодни), забележуваме дека причината за намалувањето на брзината на светлината при нејзиниот премин од вакуум во материја е интеракцијата на светлосниот бран со атомите и молекулите на материјата. Колку е поголема оптичката густина на супстанцијата, толку е посилна оваа интеракција, толку е помала брзината на светлината и повисок индексот на рефракција. Така, брзината на светлината во медиум и апсолутниот индекс на рефракција се одредуваат според својствата на овој медиум. Врз основа на нумеричките вредности на индексите на рефракција на супстанциите, може да се споредат нивните оптички густини. На пример, индексот на рефракција на различни видови стакло се движи од 1,470 до 2,040, а индексот на прекршување на водата е 1,333. Ова значи дека стаклото е медиум оптички погусто од водата. Да се свртиме кон слика 142, со чија помош можеме да објасниме зошто на границата на два медиума, со промена на брзината, се менува и насоката на ширење на светлосниот бран. Ориз. 142. Кога светлосните бранови минуваат од воздух во вода, брзината на светлината се намалува, предниот дел на бранот, а со тоа и неговата брзина, го менува правецот Сликата покажува светлосен бран кој поминува од воздухот во вода и се спушта на интерфејсот помеѓу овие медиуми под агол a. Во воздухот светлината се движи со брзина v 1, а во вода со помала брзина v 2. Точката А на бранот прво ја достигнува границата. За одреден временски период Δt, точката B, која се движи во воздухот со иста брзина v 1, ќе ја достигне точката B.“ Во исто време, точката A, која се движи во вода со помала брзина v 2, ќе помине пократко растојание , достигнувајќи само точка А." Во овој случај, таканаречениот преден дел на бранот АБ во водата ќе се ротира под одреден агол во однос на предниот дел на бранот АБ во воздухот. И векторот на брзина (кој е секогаш нормален на предниот дел на бранот и се совпаѓа со насоката на неговото ширење) ротира, приближувајќи се до правата линија ОО", нормално на интерфејсот помеѓу медиумот. Во овој случај, аголот на прекршување β се покажува дека е помал од аголот на паѓање α. Така настанува прекршувањето на светлината. Исто така, од сликата е јасно дека при преместување на друг медиум и ротирање на брановиот фронт, се менува и брановата должина: кога се движите во оптички погуст медиум, брзината се намалува, брановата должина исто така се намалува (λ 2< λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны. Области на примена на рефрактометрија. Дизајн и принцип на работа на рефрактометарот IRF-22. Концептот на индекс на рефракција. Планирајте Рефрактометрија. Карактеристики и суштина на методот. За да се идентификуваат супстанциите и да се провери нивната чистота, тие користат создавач на рефракција. Индекс на рефракција на супстанцијата- вредност еднаква на односот на фазните брзини на светлината (електромагнетни бранови) во вакуум и во видлива средина. Индексот на рефракција зависи од својствата на супстанцијата и брановата должина електромагнетно зрачење. Однос на синусот на аголот на инциденца во однос на нормалата повлечена до рамнината на прекршување (α) на зракот до синусот на аголот на прекршување прекршување (β) кога зракот поминува од средина А до средина Б се нарекува релативен индекс на прекршување за овој пар медиум. Вредноста n е релативниот индекс на рефракција на медиумот B според врска со околината А, и Релативен индекс на рефракција на медиумот А во однос на Индексот на прекршување на зрак што се спушта на медиум од безвоздушен тиот простор се нарекува негов апсолутен индекс на рефракција или едноставно индексот на прекршување на даден медиум (Табела 1). Табела 1 - Индекси на рефракција на различни медиуми Течностите имаат индекс на рефракција во опсег од 1,2-1,9. Цврсти супстанции 1,3-4,0. Некои минерали немаат точна вредност за рефракција. Неговата вредност е во некоја „вилушка“ и одредува поради присуството на нечистотии во кристалната структура, која ја одредува бојата кристал. Идентификацијата на минералот по „боја“ е тешко. Така, минералот корунд постои во форма на рубин, сафир, леукозафир, кои се разликуваат по индекс на рефракција и боја. Црвените корунди се нарекуваат рубини (нечистотија на хром), безбојна сина, светло сина, розова, жолта, зелена, виолетова - сафири (примеси на кобалт, титаниум, итн.). Светло обоени бели сафири или безбоен корунд се нарекуваат леукозафир (широко се користи во оптика како филтер). Индексот на рефракција на овие кристали челиците лежи во опсег од 1.757-1.778 и е основа за идентификување Слика 3.1 – Рубин Слика 3.2 – Син сафир Органските и неорганските течности имаат и карактеристични вредности на индексот на рефракција кои ги карактеризираат како хемиски Руски соединенија и квалитетот на нивната синтеза (Табела 2): Табела 2 - Индекси на прекршување на некои течности на 20 °C 4.2. Рефрактометрија: концепт, принцип. Метод за проучување на супстанции врз основа на одредување индикатор (индекс) на рефракција (рефракција) се нарекува рефрактометрија (од лат. refractus - прекршен и грчки. метрео - мерам). Рефрактометрија (рефрактометриски метод) се користи за да се идентификува хемикалијата соединенија, квантитативна и структурна анализа, определување на физичко хемиски параметри на супстанциите. Принципот на рефрактометрија имплементиран во рефрактометри Abbe, е илустрирано на Слика 1. Слика 1 - Принцип на рефрактометрија Блокот на призмата Abbe се состои од две правоаголни призми: осветлување телијални и мерни, превиткани од хипотенузни лица. илуминатор - Оваа призма има грубо (мат) лице на хипотенуза и е наменета чен за осветлување на примерок од течност поставена помеѓу призмите. Расфрланата светлина поминува низ рамно-паралелен слој на течноста што се испитува и, прекршена во течноста, паѓа на мерната призма. Мерната призма е изработена од оптички густо стакло (тежок кремен) и има индекс на прекршување поголем од 1,7. Поради оваа причина, рефрактометарот Abbe мери n вредности помали од 1,7. Зголемувањето на опсегот на мерење на индексот на рефракција може да се постигне само со замена на мерната призма. Испитниот примерок се истура на лицето на хипотенузата на мерната призма и се притиска со осветлена призма. Во овој случај, останува празнина од 0,1-0,2 mm помеѓу призмите во кои се наоѓа примерокот и преку која минува низ прекршена светлина. За мерење на индексот на рефракција користете го феноменот на целосна внатрешна рефлексија. Лежи во следно. Ако зраците 1, 2, 3 паѓаат на интерфејсот помеѓу два медиума, тогаш во зависност во зависност од аголот на пад при нивно набљудување во рефрактивната средина ќе биде Постои транзиција помеѓу области со различно осветлување. Поврзано е при што некој дел од светлината паѓа на границата на прекршување под агол близок до kim до 90° во однос на нормалата (зрак 3). (Слика 2). Слика 2 – Слика на прекршени зраци Овој дел од зраците не се рефлектира и затоа формира полесна средина. моќ при прекршување. Зраците со помали агли исто така доживуваат рефлексија и рефракција. Затоа, се формира област со помало осветлување. Во волумен Граничната линија на вкупниот внатрешен одраз е видлива на леќата, позицијата што зависи од рефрактивните својства на примерокот. Елиминацијата на феноменот на дисперзија (боење на интерфејсот помеѓу две области на осветлување во боите на виножитото поради употребата на комплексна бела светлина кај рефрактометрите Abbe) се постигнува со употреба на две Амици призми во компензаторот, кои се монтирани во телескопот . Во исто време, вагата се проектира во леќата (слика 3). За анализа, доволно е 0,05 ml течност. Слика 3 - Поглед низ окуларот на рефрактометарот. (Десната скала се одразува концентрација на измерената компонента во ppm) Покрај анализата на еднокомпонентните примероци, двокомпонентни системи (водени раствори, раствори на супстанции во кои или растворувач). Во идеални двокомпонентни системи (формирање без промена на волуменот и поларизацијата на компонентите), зависноста покажува Зависноста на прекршувањето од составот е блиску до линеарна ако составот е изразен во волуменски фракции (проценти) каде што: n, n1, n2 - индекси на рефракција на смесата и компонентите, V1 и V2 се волуменските фракции на компонентите (V1 + V2 = 1). Ефектот на температурата врз индексот на рефракција се одредува со два фактори: промена на бројот на течни честички по единица волумен и зависноста на поларизираноста на молекулите од температурата. Вториот фактор стана станува значаен само со многу големи температурни промени. Температурниот коефициент на индексот на рефракција е пропорционален на температурниот коефициент на густина. Бидејќи сите течности се шират кога се загреваат, нивните индекси на рефракција се намалуваат како што се зголемува температурата. Температурниот коефициент зависи од температурата на течноста, но во мали температурни интервали може да се смета за константен. Поради оваа причина, повеќето рефрактометри немаат контрола на температурата, но некои дизајни обезбедуваат термостирање на вода. Линеарната екстраполација на индексот на рефракција со температурни промени е прифатлива за мали температурни разлики (10 – 20°C). Точното определување на индексот на рефракција во широки температурни опсези се врши со користење на емпириски формули од формата: nt=n0+на+bt2+… За рефрактометрија на раствори во широк опсег на концентрации користете табели или емпириски формули. Прикажи зависност - индекс на рефракција на водени раствори на некои супстанции во зависност од концентрацијата е блиску до линеарна и овозможува да се одредат концентрациите на овие супстанции во вода во широк опсег на концентрации (слика 4) користејќи прекршување тометри. Слика 4 - Индекс на рефракција на некои водени раствори Обично n течни и цврсти тела се одредуваат со рефрактометри со прецизност до 0,0001. Најчести се рефрактометрите Abbe (слика 5) со блокови од призма и компензатори за дисперзија, кои овозможуваат одредување на nD во „бела“ светлина со помош на скала или дигитален индикатор. Слика 5 - Рефрактометар Abbe (IRF-454; IRF-22) Процесите кои се поврзани со светлината се важна компонента на физиката и не опкружуваат насекаде во нашиот секојдневен живот. Најважни во оваа ситуација се законите за рефлексија и прекршување на светлината, на кои се заснова модерната оптика. Прекршувањето на светлината е важен дел од модерната наука. Ефект на дисторзија Оваа статија ќе ви каже каков е феноменот на прекршување на светлината, како и како изгледа законот за прекршување и што следува од него. Кога зракот ќе падне на површина што е одделена со две проѕирни супстанции кои имаат различна оптичка густина (на пример, различни чаши или во вода), некои од зраците ќе се рефлектираат, а некои ќе навлезат во втората структура (на пример, ќе се размножуваат во вода или стакло). Кога се движите од еден медиум во друг, зракот обично ја менува својата насока. Ова е феноменот на прекршување на светлината. Ефект на дисторзија во вода Гледајќи ги работите во вода, тие изгледаат искривени. Ова е особено забележливо на границата помеѓу воздухот и водата. Визуелно, подводните објекти се чини дека се малку отклонети. Опишаниот физички феномен е токму причината зошто сите предмети изгледаат искривени во водата. Кога зраците удираат во стаклото, овој ефект е помалку забележлив. Премин на зрак Истиот индикатор е типичен за други средини. Утврдено е дека овој индикатор зависи од густината на супстанцијата. Ако зракот падне од помалку густа кон погуста структура, тогаш аголот на креирање на изобличување ќе биде поголем. И ако е обратно, тогаш е помалку. За да се одреди овој физички феномен, беше создаден законот за рефракција. Законот за прекршување на светлосните текови ни овозможува да ги одредиме карактеристиките на проѕирните супстанции. Самиот закон се состои од две одредби: Опис на законот Во овој случај, во моментот кога зракот излегува од втората структура во првата (на пример, кога светлосниот флукс поминува од воздухот, низ стаклото и назад во воздухот), ќе се појави и ефект на изобличување. Главниот индикатор во оваа ситуација е односот на синусот на аголот на инциденца до сличен параметар, но за изобличување. Како што следува од законот опишан погоре, овој индикатор е константна вредност. Индикатори за различни објекти Благодарение на овој параметар, можете доста ефикасно да разликувате видови стакло, како и разни скапоцени камења. Исто така е важно за одредување на брзината на светлината во различни средини. Забелешка! Најголемата брзина на проток на светлина е во вакуум. Кога се движите од една супстанција во друга, нејзината брзина ќе се намали. На пример, кај дијамантот, кој има највисок индекс на рефракција, брзината на ширење на фотонот ќе биде 2,42 пати поголема од онаа на воздухот. Во вода ќе се шират 1,33 пати побавно. За различни типови на стакло, овој параметар се движи од 1,4 до 2,2. Забелешка! Некои очила имаат индекс на рефракција од 2,2, што е многу блиску до дијамантот (2,4). Затоа, не е секогаш можно да се разликува парче стакло од вистински дијамант. Светлината може да навлезе низ различни супстанции, кои се карактеризираат со различни оптички густини. Како што рековме претходно, користејќи го овој закон можете да ја одредите густината карактеристика на медиумот (структурата). Колку е погуста, толку е помала брзината со која светлината ќе се шири низ него. На пример, стаклото или водата ќе бидат оптички погусти од воздухот. Овој индикатор кажува како се менува брзината на ширење на фотоните при движење од една супстанција во друга. Кога светлосниот флукс се движи низ проѕирни објекти, можна е негова поларизација. Се забележува за време на минување на светлосен флукс од диелектрични изотропни медиуми. Поларизацијата се јавува кога фотоните минуваат низ стаклото. Ефект на поларизација Делумна поларизација се забележува кога аголот на инциденца на светлосниот флукс на границата на два диелектрика се разликува од нула. Степенот на поларизација зависи од тоа какви биле аглите на инциденца (Брустеровиот закон). Завршувајќи ја нашата кратка екскурзија, сè уште е неопходно да се разгледа таков ефект како целосна внатрешна рефлексија. Феноменот на целосно прикажување За да се појави овој ефект, неопходно е да се зголеми аголот на инциденца на светлосниот флукс во моментот на неговиот премин од погуста во помалку густа средина на интерфејсот помеѓу супстанциите. Во ситуација кога овој параметар надминува одредена ограничувачка вредност, тогаш фотоните што се спаѓаат на границата на овој дел целосно ќе се рефлектираат. Всушност, ова ќе биде нашиот посакуван феномен. Без него, беше невозможно да се направи оптички влакна. Практичната примена на однесувањето на светлосниот флукс даде многу, создавајќи различни технички уреди за подобрување на нашите животи. Во исто време, светлината сè уште не ги открила сите свои можности на човештвото и нејзиниот практичен потенцијал сè уште не е целосно реализиран.
Индекс на рефракција Индекс на рефракцијасупстанции - количина еднаква на односот на фазните брзини на светлината (електромагнетни бранови) во вакуум и во дадена средина. Исто така, индексот на рефракција понекогаш се зборува за други бранови, на пример, звук, иако во случаи како што е второто, дефиницијата, се разбира, треба некако да се измени. Индексот на рефракција зависи од својствата на супстанцијата и брановата должина на зрачењето; за некои супстанции, индексот на рефракција се менува доста силно кога фреквенцијата на електромагнетните бранови се менува од ниски фреквенции во оптички и пошироко, а исто така може да се промени уште поостро во одредени региони на фреквенциската скала. Стандардно обично се однесува на оптичкиот опсег или опсегот определен од контекстот. Фондацијата Викимедија. 2010 година. Во однос на два медиума n21, бездимензионален однос на брзините на ширење на оптичкото зрачење (c светлина) во првиот (c1) и вториот (c2) медиум: n21 = c1/c2. Во исто време се однесува. P. p. е односот на синусите на g l a p a d e n i j и y g l ... ... Физичка енциклопедија Видете Индекс на рефракција... Видете индекс на рефракција. * * * ИНДЕКС НА РЕФРАКЦИЈА ИНДЕКС НА РЕФРАКЦИЈА, видете Индекс на прекршување (види ИНДЕКС НА РЕФРАКЦИЈА) ... енциклопедиски речник- ИНДЕКС НА РЕФРАКТИВНОСТ, величина што ја карактеризира медиумот и еднаква на односот на брзината на светлината во вакуум со брзината на светлината во медиумот (апсолутен индекс на рефракција). Индексот на прекршување n зависи од диелектрикот e и магнетната пропустливост m... ... Илустриран енциклопедиски речник - (види ИНДЕКС НА РЕФРАКЦИЈА). Физички енциклопедиски речник. М.: Советска енциклопедија. Главен уредник А.М.Прохоров. 1983 година ... Физичка енциклопедија Видете Индекс на рефракција... Голема советска енциклопедија Односот на брзината на светлината во вакуум со брзината на светлината во медиум (апсолутен индекс на рефракција). Релативниот индекс на прекршување на 2 медиуми е односот на брзината на светлината во медиумот од кој светлината паѓа на интерфејсот до брзината на светлината во втората... ... Голем енциклопедиски речник Светлината по својата природа патува низ различни медиуми со различна брзина. Колку е медиумот погуст, толку е помала брзината на ширење на светлината во неа. Воспоставена е соодветна мерка која се однесува и на густината на материјалот и на брзината на ширење на светлината во тој материјал. Оваа мерка беше наречена индекс на рефракција. За кој било материјал, индексот на прекршување се мери во однос на брзината на светлината во вакуум (вакуумот често се нарекува слободен простор). Следната формула ја опишува оваа врска. Колку е поголем индексот на прекршување на материјалот, толку е погуст. Кога зрак светлина поминува од еден материјал до друг (со различен индекс на рефракција), аголот на прекршување ќе биде различен од аголот на инциденца. Зрак светлина што продира во медиум со помал индекс на рефракција ќе излезе под агол поголем од аголот на инциденца. Зрак светлина што продира во медиум со висок индекс на рефракција ќе излезе под агол помал од аголот на инциденца. Ова е прикажано на сл. 3.5. Во овој случај, θ 1 е агол на инциденца, а θ 2 е агол на прекршување. Некои типични индекси на рефракција се наведени подолу. Интересно е да се забележи дека за рендгенските зраци индексот на прекршување на стаклото е секогаш помал од воздухот, така што кога преминуваат од воздух во стакло тие се отклонуваат подалеку од нормалното, а не кон нормалното, како светлосните зраци.
Прашања
Вежбајте
Основи на физички феномен
Рефлексијата и прекршувањето на светлината се особено видливи во водата.
Прекршувањето на светлината е физички феномен кој се карактеризира со промена на насоката на движење на сончевиот зрак во моментот кога се движи од една средина (структура) во друга.
За да го подобриме нашето разбирање за овој процес, разгледајте пример на зрак кој удира во вода од воздух (слично за стаклото). Со повлекување на нормална линија по должината на интерфејсот, може да се измери аголот на прекршување и враќање на светлосниот зрак. Овој индекс (агол на прекршување) ќе се промени како што протокот продира во водата (внатре во стаклото).
Забелешка! Овој параметар се подразбира како агол формиран од нормално исцртано на одвојување на две супстанции кога зракот продира од првата структура до втората.
Во исто време, промената на наклонот на падот исто така ќе влијае на овој индикатор. Но, односот меѓу нив не останува константен. Во исто време, односот на нивните синуси ќе остане константна вредност, што се рефлектира со следната формула: sinα / sinγ = n, каде што:Физички закон
Важен параметар за различни објекти
Покрај тоа, кога вредноста на наклонот на опаѓање се менува, истата ситуација ќе биде типична за сличен индикатор. Овој параметар е од големо значење бидејќи е интегрална карактеристика на проѕирните материи.
Оптичка густина на супстанции
Покрај тоа што овој параметар е константна вредност, го одразува и односот на брзината на светлината во две супстанции. Физичкото значење може да се прикаже како следнава формула:Друг важен индикатор
Целосен внатрешен одраз
Заклучок
Како да направите светилка од хартија со свои раце
Како да ги проверите перформансите на LED лентаВрски
Погледнете што е „Индекс на рефракција“ во другите речници:
Ориз. 3.5.а. Зрак што минува од средна висока N 1 до ниска средина N 2
Ориз. 3.5.б. Зрак што минува од ниска средина N 1 до висока N 2 средина