Absolutt brytningsindeks i vann. Brytningsindeks
På 8. klasse fysikkkurs ble du kjent med fenomenet lysbrytning. Nå vet du at lys er elektromagnetiske bølger med et visst frekvensområde. Basert på kunnskap om lysets natur vil du kunne forstå den fysiske årsaken til brytning og forklare mange andre lysfenomener knyttet til det.
Ris. 141. Ved å gå fra et medium til et annet brytes strålen, dvs. endrer forplantningsretningen
I henhold til loven om lysbrytning (fig. 141):
- stråler som faller inn, brytes og trekkes vinkelrett på grensesnittet mellom to medier ved innfallspunktet for strålen ligger i samme plan; forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen og sinusen til brytningsvinkelen er en konstant verdi for disse to mediene
hvor n 21 er den relative brytningsindeksen til det andre mediet i forhold til det første.
Hvis strålen går inn i et hvilket som helst medium fra et vakuum, da
hvor n er den absolutte brytningsindeksen (eller ganske enkelt brytningsindeksen) til det andre mediet. I dette tilfellet er det første "miljøet" vakuum, den absolutte indeksen tas som en.
Loven om lysbrytning ble oppdaget empirisk av den nederlandske vitenskapsmannen Willebord Snellius i 1621. Loven ble formulert i en avhandling om optikk, som ble funnet i vitenskapsmannens artikler etter hans død.
Etter oppdagelsen av Snell la flere forskere frem en hypotese om at lysbrytningen skyldes en endring i hastigheten når det passerer gjennom grensen til to medier. Gyldigheten av denne hypotesen ble bekreftet av teoretiske bevis utført uavhengig av den franske matematikeren Pierre Fermat (i 1662) og den nederlandske fysikeren Christian Huygens (i 1690). På forskjellige veier kom de frem til det samme resultatet, noe som beviser det
- forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen og sinusen til brytningsvinkelen er en konstant verdi for disse to mediene, lik forholdet mellom lyshastighetene i disse mediene:
(3)
Fra ligning (3) følger det at hvis brytningsvinkelen β er mindre enn innfallsvinkelen a, så forplanter lyset med en gitt frekvens i det andre mediet seg langsommere enn i det første, dvs. V 2 Forholdet mellom mengdene inkludert i ligning (3) tjente som en god grunn for utseendet til en annen formulering av definisjonen av den relative brytningsindeksen: n 21 \u003d v 1 / v 2 (4) La en lysstråle passere fra vakuum til et medium. Ved å erstatte v1 i ligning (4) med lysets hastighet i vakuum c, og v 2 med lysets hastighet i et medium v, får vi ligning (5), som er definisjonen av den absolutte brytningsindeksen: I følge ligning (4) og (5) viser n 21 hvor mange ganger lyshastigheten endres når det går fra et medium til et annet, og n - når det går fra vakuum til et medium. Dette er den fysiske betydningen av brytningsindeksene. Verdien av den absolutte brytningsindeksen n for ethvert stoff er større enn enhet (dette bekreftes av dataene i tabellene til fysiske referansebøker). Så, ifølge ligning (5), c/v > 1 og c > v, dvs. lyshastigheten i ethvert stoff er mindre enn lysets hastighet i vakuum. Uten å gi strenge begrunnelser (de er komplekse og tungvinte), legger vi merke til at årsaken til reduksjonen i lyshastigheten når det går fra vakuum til materie, er samspillet mellom en lysbølge med atomer og materiemolekyler. Jo større den optiske tettheten til stoffet, jo sterkere er denne interaksjonen, jo lavere er lyshastigheten og desto større brytningsindeks. Dermed er lyshastigheten i et medium og den absolutte brytningsindeksen bestemt av egenskapene til dette mediet. I henhold til de numeriske verdiene til brytningsindeksene til stoffer, kan man sammenligne deres optiske tettheter. For eksempel varierer brytningsindeksene til forskjellige typer glass fra 1.470 til 2.040, mens brytningsindeksen til vann er 1.333. Dette betyr at glass er et optisk tettere medium enn vann. La oss gå til figur 142, ved hjelp av hvilken vi kan forklare hvorfor, ved grensen til to medier, med en endring i hastighet, også forplantningsretningen til en lysbølge endres. Ris. 142. Når lysbølger passerer fra luft til vann, synker lysets hastighet, fronten av bølgen, og med dens hastighet, endrer retning Figuren viser en lysbølge som går fra luft til vann og faller inn på grensesnittet mellom disse mediene i en vinkel a. I luft forplanter lys seg med en hastighet v 1 , og i vann med en lavere hastighet v 2 . Punkt A på bølgen når grensen først. Over en tidsperiode vil Δt, punkt B, som beveger seg i luften med samme hastighet v 1, nå punkt B. "I løpet av samme tid vil punkt A, som beveger seg i vann med lavere hastighet v 2, dekke en kortere distanse , når bare punkt A". I dette tilfellet vil den såkalte bølgefronten A "B" i vannet roteres i en viss vinkel i forhold til fronten av AB-bølgen i luften. Og hastighetsvektoren (som alltid er vinkelrett på bølgefronten og sammenfaller med forplantningsretningen) roterer, nærmer seg den rette linjen OO", vinkelrett på grensesnittet mellom media. I dette tilfellet viser brytningsvinkelen β seg å være mindre enn innfallsvinkelen α. Slik oppstår lysbrytningen. Det kan også sees av figuren at når man går over til et annet medium og snur bølgefronten, endres også bølgelengden: når man går over til et optisk tettere medium, synker hastigheten, bølgelengden reduseres også (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. Bruksområder for refraktometri. Enheten og prinsippet for drift av IRF-22 refraktometer. Konseptet med brytningsindeksen. Plan Refraktometri. Egenskaper og essens i metoden. For å identifisere stoffer og kontrollere deres renhet, bruk refraktor. Brytningsindeks for et stoff- en verdi lik forholdet mellom fasehastighetene til lys (elektromagnetiske bølger) i vakuum og det sett mediet. Brytningsindeksen avhenger av stoffets egenskaper og bølgelengden elektromagnetisk stråling. Forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen i forhold til normalen trukket til brytningsplanet (α) til strålen til sinusen til brytningsvinkelen brytning (β) under overgangen til strålen fra medium A til medium B kalles den relative brytningsindeksen for dette medieparet. Verdien n er den relative brytningsindeksen til mediet B iht i forhold til miljø A, og Den relative brytningsindeksen til mediet A mht Brytningsindeksen til en stråle som faller inn på et medium fra en airless rommet kalles dens absolutte brytningsindeks eller ganske enkelt brytningsindeksen til et gitt medium (tabell 1). Tabell 1 - Brytningsindekser for ulike medier Væsker har en brytningsindeks i området 1,2-1,9. Fast stoffer 1,3-4,0. Noen mineraler har ikke en eksakt verdi av indikatoren for brytning. Dens verdi er i en viss "gaffel" og bestemmer på grunn av tilstedeværelsen av urenheter i krystallstrukturen, som bestemmer fargen krystall. Identifikasjon av mineralet ved "farge" er vanskelig. Så mineralet korund eksisterer i form av rubin, safir, leukosafir, forskjellig i brytningsindeks og farge. Røde korund kalles rubiner (kromblanding), fargeløs blå, lyseblå, rosa, gul, grønn, fiolett - safirer (urenheter av kobolt, titan, etc.). Lys farget nye safirer eller fargeløs korund kalles leukosafir (utbredt brukes i optikk som lysfilter). Brytningsindeksen til disse krystallene stall ligger i området 1.757-1.778 og er grunnlaget for identifisering Figur 3.1 - Ruby Figur 3.2 - Safirblå Organiske og uorganiske væsker har også karakteristiske brytningsindeksverdier som karakteriserer dem som kjemiske nye forbindelser og kvaliteten på deres syntese (tabell 2): Tabell 2 - Brytningsindekser for noen væsker ved 20 °C 4.2. Refraktometri: konsept, prinsipp. Metode for studie av stoffer basert på bestemmelse av indikatoren (brytningskoeffisient) (brytning) kalles refraktometri (fra lat. refractus - brutt og gresk. meter - jeg måler). Refraktometri (refraktometrisk metode) brukes til å identifisere kjemikalier forbindelser, kvantitativ og strukturell analyse, bestemmelse av fysisk- kjemiske parametere for stoffer. Refraktometriprinsipp implementert i Abbe refraktometre, illustrert av figur 1. Figur 1 - Prinsippet for refraktometri Abbe-prismeblokken består av to rektangulære prismer: lysende kropp og måling, foldet av hypotenusansikter. Illuminator- prisme har en grov (matt) hypotenusflate og er beregnet chena for å belyse en væskeprøve plassert mellom prismene. Spredt lys passerer gjennom et plan-parallelt lag av den undersøkte væsken og, blir brutt i væsken, faller på måleprismet. Måleprismet er laget av optisk tett glass (tung flint) og har en brytningsindeks større enn 1,7. Av denne grunn måler Abbe refraktometer n verdier mindre enn 1,7. En økning i måleområdet til brytningsindeksen kan bare oppnås ved å endre måleprismet. Testprøven helles på hypotenusflaten til måleprismet og presses mot det lysende prismet. I dette tilfellet gjenstår et gap på 0,1-0,2 mm mellom prismene der prøven er plassert, og gjennom som går forbi lysbrytende lys. For å måle brytningsindeksen bruke fenomenet total intern refleksjon. Den består i neste. Hvis strålene 1, 2, 3 faller på grensesnittet mellom to medier, så avhengig av innfallsvinkelen når man observerer dem i et brytningsmedium vil være tilstedeværelsen av en overgang av områder med forskjellig belysning observeres. Det er koblet sammen med innfall av en del av lyset på brytningsgrensen i en vinkel på ca. kim til 90° i forhold til normalen (bjelke 3). (Figur 2). Figur 2 - Bilde av refrakterte stråler Denne delen av strålene reflekteres ikke og danner derfor et lettere objekt. brytning. Stråler med mindre vinkler opplever og reflekterer og brytning. Derfor dannes et område med mindre belysning. I volum grenselinjen for total intern refleksjon er synlig på linsen, posisjonen som avhenger av prøvens brytningsegenskaper. Eliminering av spredningsfenomenet (farging av grensesnittet mellom to belysningsområder i regnbuens farger på grunn av bruken av komplekst hvitt lys i Abbe refraktometre) oppnås ved å bruke to Amici-prismer i kompensatoren, som er montert i teleskop. Samtidig projiseres en skala inn i linsen (Figur 3). 0,05 ml væske er tilstrekkelig for analyse. Figur 3 - Se gjennom okularet til refraktometeret. (Riktig skala gjenspeiler konsentrasjon av den målte komponenten i ppm) I tillegg til analyse av enkeltkomponentprøver, er det mye analysert to-komponent systemer (vandige løsninger, løsninger av stoffer der eller løsemiddel). I ideelle to-komponent systemer (forming- uten å endre volumet og polariserbarheten til komponentene), vises avhengigheten brytningsindeks på sammensetningen er nær lineær hvis sammensetningen er uttrykt i form av volumbrøker (prosent) hvor: n, n1, n2 - brytningsindekser for blandingen og komponentene, V1 og V2 er volumfraksjonene av komponentene (V1 + V2 = 1). Effekten av temperatur på brytningsindeksen bestemmes av to faktorer: en endring i antall væskepartikler per volumenhet og avhengighet av polariserbarheten til molekyler på temperatur. Den andre faktoren ble blir signifikant bare ved svært store temperaturendringer. Temperaturkoeffisienten til brytningsindeksen er proporsjonal med temperaturkoeffisienten til tettheten. Siden alle væsker utvider seg når de varmes opp, reduseres brytningsindeksene når temperaturen stiger. Temperaturkoeffisienten avhenger av væskens temperatur, men i små temperaturintervaller kan den betraktes som konstant. Av denne grunn har de fleste refraktometre ikke temperaturkontroll, men noen design gir vanntemperaturkontroll. Lineær ekstrapolering av brytningsindeksen med temperaturendringer er akseptabel for små temperaturforskjeller (10 - 20°C). Den nøyaktige bestemmelsen av brytningsindeksen i brede temperaturområder utføres i henhold til empiriske formler: nt=n0+ved+bt2+… For løsningsrefraktometri over brede konsentrasjonsområder bruke tabeller eller empiriske formler. Skjermavhengighet- brytningsindeks for vandige løsninger av visse stoffer ved konsentrasjon er nær lineær og gjør det mulig å bestemme konsentrasjonene av disse stoffene i vann i et bredt spekter av konsentrasjoner (Figur 4) ved bruk av refraksjon tometer. Figur 4 - Brytningsindeks for noen vandige løsninger Vanligvis bestemmes n flytende og faste legemer av refraktometre med presisjon opptil 0,0001. De vanligste er Abbe refraktometre (Figur 5) med prismeblokker og spredningskompensatorer, som gjør det mulig å bestemme nD i "hvitt" lys på en skala eller digital indikator. Figur 5 - Abbe refraktometer (IRF-454; IRF-22) Prosessene som er knyttet til lys er en viktig komponent i fysikken og omgir oss overalt i hverdagen. Det viktigste i denne situasjonen er lovene for refleksjon og brytning av lys, som moderne optikk er basert på. Brytningen av lys er en viktig del av moderne vitenskap. Forvrengningseffekt Denne artikkelen vil fortelle deg hva fenomenet lysbrytning er, samt hvordan brytningsloven ser ut og hva som følger av den. Når en stråle faller på en overflate som er atskilt av to gjennomsiktige stoffer som har forskjellige optiske tettheter (for eksempel forskjellige glass eller i vann), vil noen av strålene bli reflektert, og noen vil trenge inn i den andre strukturen (for eksempel, det vil forplante seg i vann eller glass). Når den går fra ett medium til et annet, er strålen preget av en endring i retningen. Dette er fenomenet lysbrytning. vannforvrengningseffekt Ser de på ting i vannet, virker de forvrengte. Dette er spesielt merkbart ved grensen mellom luft og vann. Visuelt ser det ut til at undervannsobjekter er litt avbøyde. Det beskrevne fysiske fenomenet er nettopp årsaken til at alle objekter virker forvrengt i vann. Når strålene treffer glasset er denne effekten mindre merkbar. Bjelkegjennomgang Den samme indikatoren er typisk for andre miljøer. Det er fastslått at denne indikatoren avhenger av stoffets tetthet. Hvis strålen faller inn fra en mindre tett til en tettere struktur, vil forvrengningsvinkelen som skapes være større. Og hvis omvendt, så mindre. For å bestemme dette fysiske fenomenet ble brytningsloven laget. Loven om brytning av lysstrømmer lar deg bestemme egenskapene til gjennomsiktige stoffer. Selve loven består av to bestemmelser: Beskrivelse av loven I dette tilfellet, i det øyeblikket strålen går ut av den andre strukturen inn i den første (for eksempel når lysstrømmen passerer fra luften, gjennom glasset og tilbake til luften), vil det også oppstå en forvrengningseffekt. Hovedindikatoren i denne situasjonen er forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen og en lignende parameter, men for forvrengning. Som følger av loven beskrevet ovenfor, er denne indikatoren en konstant verdi. Indikatorer for ulike objekter Takket være denne parameteren kan du ganske effektivt skille mellom typer glass, samt en rekke edelstener. Det er også viktig for å bestemme lyshastigheten i ulike medier. Merk! Den høyeste hastigheten på lysstrømmen er i vakuum. Når du flytter fra et stoff til et annet, vil hastigheten reduseres. For eksempel vil diamant, som har den høyeste brytningsindeksen, ha en fotonutbredelseshastighet 2,42 ganger raskere enn luft. I vann vil de spre seg 1,33 ganger langsommere. For ulike typer glass varierer denne parameteren fra 1,4 til 2,2. Merk! Noen glass har en brytningsindeks på 2,2, som er veldig nær diamant (2,4). Derfor er det ikke alltid mulig å skille et glassstykke fra en ekte diamant. Lys kan trenge gjennom ulike stoffer, som er preget av ulik optisk tetthet. Som vi sa tidligere, ved å bruke denne loven, kan du bestemme egenskapen til tettheten til mediet (strukturen). Jo tettere den er, jo langsommere vil lysets hastighet forplante seg i den. For eksempel vil glass eller vann være mer optisk tett enn luft. Denne indikatoren forteller hvordan forplantningshastigheten til fotoner endres når de går fra ett stoff til et annet. Når du beveger lysstrømmen gjennom gjennomsiktige gjenstander, er polariseringen mulig. Det observeres under passasjen av en lysstrøm fra dielektriske isotropiske medier. Polarisering oppstår når fotoner passerer gjennom glass. polarisasjonseffekt Delvis polarisering observeres når innfallsvinkelen til lysstrømmen ved grensen til to dielektrikumer er forskjellig fra null. Graden av polarisering avhenger av hva innfallsvinklene var (Brewsters lov). For å avslutte vår korte digresjon, er det fortsatt nødvendig å betrakte en slik effekt som en fullverdig intern refleksjon. Full Display-fenomen For utseendet til denne effekten er det nødvendig å øke innfallsvinkelen til lysstrømmen i øyeblikket av overgangen fra et tettere til et mindre tett medium ved grensesnittet mellom stoffene. I en situasjon der denne parameteren overskrider en viss grenseverdi, vil fotonene som faller inn på grensen til denne seksjonen bli fullstendig reflektert. Faktisk vil dette være vårt ønskede fenomen. Uten den var det umulig å lage fiberoptikk. Den praktiske anvendelsen av funksjonene til oppførselen til lysfluksen ga mye, og skapte en rekke tekniske enheter for å forbedre livene våre. Samtidig har ikke lyset åpnet alle sine muligheter for menneskeheten, og dets praktiske potensial er ennå ikke fullt ut realisert.
Brytningsindeks Brytningsindeks stoffer - en verdi lik forholdet mellom fasehastighetene til lys (elektromagnetiske bølger) i vakuum og i et gitt medium. Noen ganger snakkes det også om brytningsindeksen for andre bølger, for eksempel lyd, selv om i tilfeller som sistnevnte, definisjonen selvfølgelig må endres på en eller annen måte. Brytningsindeksen avhenger av stoffets egenskaper og bølgelengden til strålingen, for noen stoffer endres brytningsindeksen ganske kraftig når frekvensen til elektromagnetiske bølger endres fra lave frekvenser til optiske og utover, og kan også endre seg enda kraftigere i visse områder av frekvensskalaen. Standard er vanligvis det optiske området, eller området som bestemmes av konteksten. Wikimedia Foundation. 2010 . I forhold til to medier n21, dimensjonsløst forhold mellom optiske strålingsutbredelseshastigheter (c veta a) i det første (cl) og andre (c2) mediet: n21=c1/c2. Samtidig refererer. P. p. er forholdet mellom sinusene til g og fallet til j og ved g l ... ... Fysisk leksikon Se brytningsindeks... Se brytningsindeks. * * * REFRACTIVE INDEX REFRACTIVE INDEX, se Brytningsindeks (se REFRACTIVE INDEX) … encyklopedisk ordbok- REFRACTIVE INDEX, en verdi som karakteriserer mediet og lik forholdet mellom lyshastigheten i vakuum og lysets hastighet i mediet (absolutt brytningsindeks). Brytningsindeksen n avhenger av dielektrisk e og magnetisk permeabilitet m ... ... Illustrert encyklopedisk ordbok - (se REFRAKTIVINDIKATOR). Physical Encyclopedic Dictionary. Moskva: Sovjetisk leksikon. Sjefredaktør A. M. Prokhorov. 1983... Fysisk leksikon Se brytningsindeks... Stor sovjetisk leksikon Forholdet mellom lysets hastighet i vakuum og lysets hastighet i et medium (absolutt brytningsindeks). Den relative brytningsindeksen til 2 medier er forholdet mellom lyshastigheten i mediet som lyset faller fra på grensesnittet og lysets hastighet i den andre ... ... Stor encyklopedisk ordbok Lys, i sin natur, forplanter seg i forskjellige medier med forskjellige hastigheter. Jo tettere mediet er, desto lavere blir lysets forplantningshastighet i det. Det er etablert et passende mål knyttet til både tettheten til et materiale og hastigheten på lysets forplantning i det materialet. Dette målet kalles brytningsindeksen. For ethvert materiale måles brytningsindeksen i forhold til lysets hastighet i et vakuum (vakuum blir ofte referert til som ledig plass). Følgende formel beskriver dette forholdet. Jo høyere brytningsindeksen til et materiale er, jo tettere er det. Når en lysstråle går fra et materiale til et annet (med en annen brytningsindeks), vil brytningsvinkelen være forskjellig fra innfallsvinkelen. En lysstråle som trenger inn i et medium med lavere brytningsindeks, vil gå ut i en vinkel som er større enn innfallsvinkelen. En lysstråle som trenger inn i et medium med høy brytningsindeks vil gå ut i en vinkel som er mindre enn innfallsvinkelen. Dette er vist i fig. 3.5. I dette tilfellet er θ 1 innfallsvinkelen og θ 2 er brytningsvinkelen. Noen typiske brytningsindekser er listet opp nedenfor. Det er merkelig å merke seg at for røntgenstråler er brytningsindeksen til glass alltid mindre enn for luft, derfor, når de går fra luft til glass, avviker de bort fra perpendikulæren, og ikke mot perpendikulæren, som lysstråler.
Spørsmål
En øvelse
Grunnleggende om et fysisk fenomen
Refleksjon og brytning av lys kan sees spesielt godt i vann.
Brytningen av lys er et fysisk fenomen, som er preget av en endring i retningen til solstrålen i det øyeblikket den beveger seg fra ett medium (struktur) til et annet.
For å forbedre forståelsen av denne prosessen, vurder eksemplet med en stråle som faller fra luft til vann (tilsvarende for glass). Ved å tegne en perpendikulær langs grensesnittet kan lysstrålens brytningsvinkel og retur måles. Denne indikatoren (brytningsvinkelen) vil endre seg når strømmen trenger inn i vannet (inne i glasset).
Merk! Denne parameteren forstås som vinkelen som danner en vinkelrett trukket til separasjonen av to stoffer når strålen trenger inn fra den første strukturen til den andre.
Samtidig vil en endring i fallets helning også påvirke denne indikatoren. Men forholdet mellom dem forblir ikke konstant. Samtidig vil forholdet mellom deres sinus forbli konstant, som vises med følgende formel: sinα / sinγ = n, hvor:fysisk lov
En viktig parameter for ulike objekter
Samtidig, når verdien av fallets skråning endres, vil den samme situasjonen være typisk for en lignende indikator. Denne parameteren er av stor betydning, siden den er en integrert egenskap for gjennomsiktige stoffer.
Optisk tetthet av stoffer
I tillegg til at denne parameteren er en konstant verdi, gjenspeiler den også forholdet mellom lyshastigheten i to stoffer. Den fysiske betydningen kan vises som følgende formel:En annen viktig indikator
Full intern refleksjon
Konklusjon
Hvordan lage en papirlampe med egne hender
Hvordan sjekke ytelsen til LED-stripenLinker
Se hva "Refraksjonsindeks" er i andre ordbøker:
Ris. 3.5.a. En stråle som går fra et medium med høy N 1 til en medium med lav N 2
Ris. 3.5.b. En stråle som går fra et medium med lav N 1 til en medium med høy N 2