Jaki jest bezwzględny współczynnik załamania światła. Prawo załamania światła

Procesy związane ze światłem są ważnym elementem fizyki i otaczają nas wszędzie w naszym codziennym życiu. Najważniejsze w tej sytuacji są prawa odbicia i załamania światła, na których opiera się współczesna optyka. Załamanie światła jest ważną częścią współczesnej nauki.

Efekt zniekształcenia

Z tego artykułu dowiesz się, czym jest zjawisko załamania światła, a także jak wygląda prawo załamania światła i co z niego wynika.

Podstawy zjawiska fizycznego

Kiedy wiązka pada na powierzchnię oddzieloną dwiema przezroczystymi substancjami o różnych gęstościach optycznych (na przykład różne szkła lub w wodzie), część promieni zostanie odbita, a część wniknie w drugą strukturę (na przykład będzie się rozprzestrzeniał w wodzie lub szkle). Podczas przechodzenia z jednego medium do drugiego wiązka charakteryzuje się zmianą kierunku. Jest to zjawisko załamania światła.
Szczególnie dobrze widać w wodzie odbicie i załamanie światła.

efekt zniekształcenia wody;

Patrząc na rzeczy w wodzie, wydają się zniekształcone. Jest to szczególnie widoczne na granicy powietrza i wody. Wizualnie wydaje się, że obiekty podwodne są lekko odchylone. Opisane zjawisko fizyczne jest właśnie powodem, dla którego wszystkie obiekty w wodzie wydają się zniekształcone. Kiedy promienie uderzają w szkło, efekt ten jest mniej zauważalny.
Załamanie światła to zjawisko fizyczne, które charakteryzuje się zmianą kierunku promienia słonecznego w momencie przejścia z jednego ośrodka (struktury) do drugiego.
Aby lepiej zrozumieć ten proces, rozważmy przykład wiązki spadającej z powietrza do wody (podobnie jak w przypadku szkła). Rysując prostopadłość wzdłuż interfejsu, można zmierzyć kąt załamania i powrotu wiązki światła. Ten wskaźnik (kąt załamania światła) zmieni się, gdy strumień wniknie do wody (wewnątrz szkła).
Notatka! Ten parametr jest rozumiany jako kąt, który tworzy prostopadłą linię do rozdzielenia dwóch substancji, gdy wiązka przenika z pierwszej struktury do drugiej.

Przejście wiązki

Ten sam wskaźnik jest typowy dla innych środowisk. Ustalono, że wskaźnik ten zależy od gęstości substancji. Jeśli wiązka pada od mniej gęstej struktury do gęstszej, to utworzony kąt zniekształcenia będzie większy. A jeśli odwrotnie, to mniej.
Jednocześnie zmiana nachylenia spadku również wpłynie na ten wskaźnik. Ale związek między nimi nie pozostaje stały. Jednocześnie stosunek ich sinusów pozostanie stały, co obrazuje wzór: sinα / sinγ = n, gdzie:

n jest stałą wartością opisaną dla każdej konkretnej substancji (powietrza, szkła, wody itp.). Dlatego, jaka będzie ta wartość, można określić na podstawie specjalnych tabel;
α jest kątem padania;
γ to kąt załamania.

Aby określić to zjawisko fizyczne, stworzono prawo załamania.

prawo fizyczne

Prawo załamania strumieni świetlnych pozwala określić charakterystykę przezroczystych substancji. Samo prawo składa się z dwóch przepisów:

Pierwsza część. Belka (wpadająca, zmodyfikowana) i prostopadła, która została przywrócona w punkcie padania na granicy, na przykład powietrze i woda (szkło itp.), będą znajdować się w tej samej płaszczyźnie;
Druga część. Wskaźnik stosunku sinusa kąta padania do sinusa tego samego kąta powstałego podczas przekraczania granicy będzie wartością stałą.

Opis prawa

W tym przypadku, w momencie gdy wiązka wychodzi z drugiej struktury do pierwszej (na przykład, gdy strumień światła przechodzi z powietrza, przez szkło iz powrotem do powietrza), wystąpi również efekt zniekształcenia.

Ważny parametr dla różnych obiektów

Głównym wskaźnikiem w tej sytuacji jest stosunek sinusa kąta padania do podobnego parametru, ale dla zniekształcenia. Jak wynika z opisanego powyżej prawa, wskaźnik ten jest wartością stałą.
Jednocześnie, gdy zmieni się wartość nachylenia spadku, ta sama sytuacja będzie typowa dla podobnego wskaźnika. Ten parametr ma ogromne znaczenie, ponieważ jest integralną cechą przezroczystych substancji.

Wskaźniki dla różnych obiektów

Dzięki temu parametrowi można dość skutecznie rozróżnić rodzaje szkła, a także różnorodne kamienie szlachetne. Jest to również ważne przy określaniu prędkości światła w różnych mediach.

Notatka! Największa prędkość strumienia świetlnego występuje w próżni.

Przechodząc od jednej substancji do drugiej, jej prędkość zmniejszy się. Na przykład diament, który ma najwyższy współczynnik załamania światła, będzie miał 2,42 razy większą prędkość propagacji fotonów niż powietrze. W wodzie rozprzestrzeniają się 1,33 razy wolniej. Dla różnych rodzajów szkła ten parametr waha się od 1,4 do 2,2.

Notatka! Niektóre okulary mają współczynnik załamania światła 2,2, który jest bardzo zbliżony do diamentu (2,4). Dlatego nie zawsze można odróżnić kawałek szkła od prawdziwego diamentu.

Gęstość optyczna substancji

Światło może przenikać przez różne substancje, które charakteryzują się różną gęstością optyczną. Jak powiedzieliśmy wcześniej, korzystając z tego prawa, można określić charakterystykę gęstości ośrodka (struktury). Im jest gęstszy, tym wolniej będzie się w nim propagować światło. Na przykład szkło lub woda będą gęstsze optycznie niż powietrze.
Oprócz tego, że ten parametr jest wartością stałą, odzwierciedla również stosunek prędkości światła w dwóch substancjach. Znaczenie fizyczne można przedstawić w postaci następującej formuły:

Ten wskaźnik informuje, jak zmienia się prędkość propagacji fotonów podczas przechodzenia z jednej substancji do drugiej.

Kolejny ważny wskaźnik

Podczas przesuwania strumienia światła przez przezroczyste obiekty możliwa jest jego polaryzacja. Obserwuje się to podczas przechodzenia strumienia świetlnego z dielektrycznych ośrodków izotropowych. Polaryzacja występuje, gdy fotony przechodzą przez szkło.

efekt polaryzacji

Polaryzację częściową obserwuje się, gdy kąt padania strumienia światła na granicy dwóch dielektryków różni się od zera. Stopień polaryzacji zależy od kątów padania (prawo Brewstera).

Pełne wewnętrzne odbicie

Kończąc naszą krótką dygresję, trzeba jeszcze taki efekt uznać za pełną refleksję wewnętrzną.

Zjawisko pełnego wyświetlania

Dla pojawienia się tego efektu konieczne jest zwiększenie kąta padania strumienia świetlnego w momencie jego przejścia od gęstszego do mniej gęstego ośrodka na granicy między substancjami. W sytuacji, gdy ten parametr przekroczy określoną wartość graniczną, wówczas fotony padające na granicę tego odcinka zostaną całkowicie odbite. Właściwie będzie to nasze upragnione zjawisko. Bez tego nie da się zrobić światłowodów.

Wniosek

Praktyczne zastosowanie cech zachowania strumienia świetlnego dało wiele, tworząc różnorodne urządzenia techniczne mające na celu poprawę naszego życia. Jednocześnie światło nie otworzyło przed ludzkością wszystkich swoich możliwości, a jego praktyczny potencjał nie został jeszcze w pełni zrealizowany.

Jak zrobić papierową lampę własnymi rękami
Jak sprawdzić wydajność taśmy LED?

NA WYKŁAD №24

„INSTRUMENTALNE METODY ANALIZY”

REFRAKTOMETRIA.

Literatura:

1. V.D. Ponomarev „Chemia analityczna” 1983 246-251

2. AA Iszczenko „Chemia analityczna” 2004 s. 181-184

REFRAKTOMETRIA.

Refraktometria to jedna z najprostszych fizycznych metod analizy, wymagająca minimalnej ilości analitu i wykonywana w bardzo krótkim czasie.

Refraktometria- metoda oparta na zjawisku załamania lub załamania tj. zmiana kierunku propagacji światła podczas przechodzenia z jednego ośrodka do drugiego.

Refrakcja, jak również pochłanianie światła, jest konsekwencją jego interakcji z ośrodkiem. Słowo refraktometria oznacza pomiar załamanie światła, które szacuje się wartością współczynnika załamania światła.

Wartość współczynnika załamania n zależy

1) o składzie substancji i układów,

2) od w jakim stężeniu? i jakie cząsteczki wiązka światła spotyka na swojej drodze, ponieważ Pod wpływem światła cząsteczki różnych substancji ulegają polaryzacji w różny sposób. Na tej zależności opiera się metoda refraktometryczna.

Metoda ta ma szereg zalet, dzięki którym znalazła szerokie zastosowanie zarówno w badaniach chemicznych, jak i kontroli procesów technologicznych.

1) Pomiar współczynników załamania światła jest bardzo prostym procesem, który jest przeprowadzany dokładnie i przy minimalnym nakładzie czasu i ilości substancji.

2) Zazwyczaj refraktometry zapewniają do 10% dokładności w określaniu współczynnika załamania światła i zawartości analitu

Metoda refraktometrii służy do kontroli autentyczności i czystości, identyfikacji poszczególnych substancji, określenia struktury związków organicznych i nieorganicznych w badaniu roztworów. Refraktometria służy do określania składu roztworów dwuskładnikowych oraz dla układów trójskładnikowych.

Fizyczne podstawy metody

WSKAŹNIK REFRAKCYJNY.

Odchylenie wiązki światła od pierwotnego kierunku podczas przejścia z jednego ośrodka do drugiego jest tym większe, im większa jest różnica prędkości propagacji światła w dwóch

tych środowisk.

Rozważ załamanie wiązki światła na granicy dowolnych dwóch przezroczystych ośrodków I i II (patrz rys.). Zgódźmy się, że ośrodek II ma większą moc refrakcyjną, a zatem n 1 oraz n 2- pokazuje załamanie odpowiednich mediów. Jeżeli ośrodek I nie jest ani próżnią, ani powietrzem, to stosunek sin kąta padania wiązki światła do sinu kąta załamania da wartość względnego współczynnika załamania n rel. Wartość n rel. można również zdefiniować jako stosunek współczynników załamania rozważanych mediów.

n rel. = ----- = ---

Wartość współczynnika załamania zależy od

1) rodzaj substancji

Charakter substancji w tym przypadku zależy od stopnia odkształcalności jej cząsteczek pod wpływem światła - stopnia polaryzowalności. Im intensywniejsza polaryzowalność, tym silniejsze załamanie światła.

2)długość fali światła padającego

Pomiar współczynnika załamania światła przeprowadza się przy długości fali światła 589,3 nm (linia D widma sodu).

Zależność współczynnika załamania światła od długości fali światła nazywa się dyspersją. Im krótsza długość fali, tym większe załamanie. Dlatego promienie o różnych długościach fal są załamywane inaczej.

3)temperatura w którym dokonywany jest pomiar. Warunkiem wstępnym określenia współczynnika załamania jest zgodność z reżimem temperaturowym. Zwykle oznaczanie odbywa się w temperaturze 20±0,3 0 С.

Wraz ze wzrostem temperatury współczynnik załamania światła maleje, a wraz ze spadkiem temperatury wzrasta..

Korekta temperatury jest obliczana według następującego wzoru:

n t \u003d n 20 + (20-t) 0,0002, gdzie

n t - PA współczynnik załamania światła w danej temperaturze,

n 20 - współczynnik załamania w 20 0 C

Wpływ temperatury na wartości współczynników załamania gazów i cieczy związany jest z wartościami ich współczynników rozszerzalności objętościowej. Objętość wszystkich gazów i cieczy wzrasta po podgrzaniu, gęstość maleje, a w konsekwencji wskaźnik maleje

Współczynnik załamania światła, mierzony w temperaturze 20 0 C i długości fali światła 589,3 nm, jest wskazywany przez wskaźnik n D 20

Zależność współczynnika załamania jednorodnego układu dwuskładnikowego od jego stanu ustala się eksperymentalnie, określając współczynnik załamania światła dla szeregu standardowych układów (na przykład roztworów), których zawartość składników jest znana.

4) stężenie substancji w roztworze.

W przypadku wielu wodnych roztworów substancji, współczynniki załamania światła w różnych stężeniach i temperaturach zostały wiarygodnie zmierzone iw tych przypadkach można wykorzystać dane referencyjne. stoły refraktometryczne. Praktyka pokazuje, że gdy zawartość rozpuszczonej substancji nie przekracza 10-20%, wraz z metodą graficzną, w bardzo wielu przypadkach można zastosować równanie liniowe takie jak:

n=n o +FC,

n- współczynnik załamania światła roztworu,

nie jest współczynnikiem załamania czystego rozpuszczalnika,

C- stężenie substancji rozpuszczonej,%

F-współczynnik empiryczny, którego wartość jest znaleziona

wyznaczając współczynniki załamania roztworów o znanym stężeniu.

REFRAKTOMETRY.

Refraktometry to urządzenia służące do pomiaru współczynnika załamania. Istnieją 2 rodzaje tych instrumentów: refraktometr typu Abbego i typu Puldricha. Zarówno w tych, jak iw innych pomiary opierają się na określeniu wielkości granicznego kąta załamania. W praktyce stosuje się refraktometry różnych systemów: laboratoryjne-RL, uniwersalne RLU itp.

Współczynnik załamania wody destylowanej n 0 \u003d 1,33299, w praktyce ten wskaźnik przyjmuje jako odniesienie n 0 =1,333.

Zasada działania refraktometrów polega na wyznaczeniu współczynnika załamania metodą kąta granicznego (kąt całkowitego odbicia światła).

Refraktometr ręczny

Refraktometr Abbe

Dziedziny zastosowań refraktometrii.

Urządzenie i zasada działania refraktometru IRF-22.

Pojęcie współczynnika załamania.

Plan

Refraktometria. Charakterystyka i istota metody.

Aby zidentyfikować substancje i sprawdzić ich czystość, użyj

refraktor.

Współczynnik załamania substancji- wartość równa stosunkowi prędkości fazowych światła (fal elektromagnetycznych) w próżni do widzianego ośrodka.

Współczynnik załamania światła zależy od właściwości substancji i długości fali

promieniowanie elektromagnetyczne. Stosunek sinusa kąta padania względem

normalna narysowana do płaszczyzny załamania (α) wiązki do sinusa kąta załamania

załamanie (β) podczas przejścia wiązki z ośrodka A do ośrodka B nazywa się względnym współczynnikiem załamania dla tej pary mediów.

Wartość n jest względnym współczynnikiem załamania ośrodka B według

w stosunku do środowiska A, oraz

Względny współczynnik załamania ośrodka A względem

Współczynnik załamania wiązki padającej na medium z urządzenia bezpowietrznego

przestrzeń nazywa się jej bezwzględnym współczynnikiem załamania lub

po prostu współczynnik załamania światła danego ośrodka (tab. 1).

Tabela 1 – Współczynniki załamania różnych mediów

Ciecze mają współczynnik załamania światła w zakresie 1,2-1,9. Solidny

substancje 1.3-4.0. Niektóre minerały nie mają dokładnej wartości wskaźnika

do załamania. Jego wartość znajduje się w pewnym „widelcu” i określa

ze względu na obecność zanieczyszczeń w strukturze krystalicznej, która decyduje o kolorze

kryształ.

Identyfikacja minerału po „kolorze” jest trudna. Tak więc korund mineralny istnieje w postaci rubinu, szafiru, leukozafiru, różniących się

współczynnik załamania i kolor. Czerwone korundy nazywane są rubinami

(domieszka chromu), bezbarwny niebieski, jasnoniebieski, różowy, żółty, zielony,

fiolet - szafiry (zanieczyszczenia kobaltu, tytanu itp.). Jasne kolory

nye szafiry lub bezbarwny korund nazywa się leukozafirem (szeroko

stosowany w optyce jako filtr światła). Współczynnik załamania tych kryształów

przeciągnięcie mieści się w przedziale 1,757-1,778 i jest podstawą identyfikacji

Rysunek 3.1 – Rubin Rysunek 3.2 – Szafirowy

Ciecze organiczne i nieorganiczne mają również charakterystyczne wartości współczynnika załamania światła, które charakteryzują je jako chemiczne

związki i jakość ich syntezy (tabela 2):

Tabela 2 – Współczynniki załamania niektórych cieczy w temperaturze 20 °C

4.2. Refraktometria: pojęcie, zasada.

Metoda badania substancji oparta na wyznaczeniu wskaźnika

(współczynnik) załamania (załamania) nazywa się refraktometrią (z

łac. refraktus - załamany i grecki. metro - mierzę). Refraktometria

(metoda refraktometryczna) służy do identyfikacji substancji chemicznej

związków, analiza ilościowa i strukturalna, oznaczanie fizyko-

parametry chemiczne substancji. Wdrożona zasada refraktometrii

w refraktometrach Abbego, zilustrowanych na rysunku 1.

Rysunek 1 - Zasada refraktometrii

Blok pryzmatyczny Abbego składa się z dwóch prostokątnych graniastosłupów: świecących

ciało i pomiar, złożone przez przeciwprostokątne twarze. Iluminator-

pryzmat ma szorstką (matową) przeciwprostokątną twarz i jest przeznaczony

chena do oświetlania próbki cieczy umieszczonej między pryzmatami.

Rozproszone światło przechodzi przez płasko-równoległą warstwę badanej cieczy i załamując się w cieczy pada na pryzmat pomiarowy. Pryzmat pomiarowy wykonany jest z optycznie gęstego szkła (ciężkiego krzemienia) i ma współczynnik załamania większy niż 1,7. Z tego powodu refraktometr Abbego mierzy n wartości poniżej 1,7. Zwiększenie zakresu pomiarowego współczynnika załamania światła można osiągnąć jedynie poprzez zmianę pryzmatu pomiarowego.

Próbka testowa jest wylewana na przeciwprostokątną powierzchnię pryzmatu pomiarowego i dociskana do pryzmatu oświetlającego. W tym przypadku między pryzmatami, w których znajduje się próbka, a przez . pozostaje odstęp 0,1-0,2 mm

który przechodzi przez załamanie światła. Aby zmierzyć współczynnik załamania

wykorzystać zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia. Polega na

następny.

Jeśli promienie 1, 2, 3 padają na interfejs między dwoma mediami, to w zależności od

kąt padania podczas obserwowania ich w ośrodku refrakcyjnym będzie

obserwuje się obecność przejścia obszarów o różnym oświetleniu. Jest połączony

z padaniem części światła na granicę załamania pod kątem ok.

kim do 90° w stosunku do normalnej (belka 3). (Rysunek 2).

Rysunek 2 - Obraz załamanych promieni

Ta część promieni nie jest odbijana i dlatego tworzy jaśniejszy obiekt.

refrakcja. Promienie o mniejszych kątach doświadczają i odbijają

i załamanie. Dlatego powstaje obszar o mniejszym oświetleniu. W objętości

na soczewce widoczna jest linia graniczna całkowitego wewnętrznego odbicia, pozycja

co zależy od właściwości refrakcyjnych próbki.

Eliminację zjawiska dyspersji (zabarwienia granicy między dwoma obszarami oświetlenia w barwach tęczy dzięki zastosowaniu złożonego światła białego w refraktometrach Abbego) uzyskuje się poprzez zastosowanie dwóch pryzmatów Amici w kompensatorze, które są zamontowane w teleskopie . W tym samym czasie na soczewkę rzutowana jest skala (rysunek 3). Do analizy wystarczy 0,05 ml płynu.

Rysunek 3 – Widok przez okular refraktometru. (Właściwa skala odzwierciedla

stężenie mierzonego składnika w ppm)

Oprócz analizy próbek jednoskładnikowych, są szeroko analizowane

układy dwuskładnikowe (roztwory wodne, roztwory substancji, w których

lub rozpuszczalnik). W idealnych systemach dwuskładnikowych (formowanie

bez zmiany objętości i polaryzowalności składników), zależność jest pokazana

współczynnik załamania światła na składzie jest bliski liniowemu, jeśli skład jest wyrażony jako

ułamki objętości (procent)

gdzie: n, n1, n2 - współczynniki załamania mieszaniny i składników,

V1 i V2 to ułamki objętościowe składników (V1 + V2 = 1).

Wpływ temperatury na współczynnik załamania światła jest określony przez dwa

czynniki: zmiana liczby cząstek cieczy na jednostkę objętości oraz

zależność polaryzowalności cząsteczek od temperatury. Drugim czynnikiem stał się

nabiera znaczenia dopiero przy bardzo dużych zmianach temperatury.

Współczynnik temperaturowy współczynnika załamania światła jest proporcjonalny do współczynnika temperaturowego gęstości. Ponieważ wszystkie ciecze rozszerzają się po podgrzaniu, ich współczynniki załamania zmniejszają się wraz ze wzrostem temperatury. Współczynnik temperaturowy zależy od temperatury cieczy, ale w małych przedziałach temperaturowych można go uznać za stały. Z tego powodu większość refraktometrów nie ma kontroli temperatury, jednak niektóre konstrukcje zapewniają

kontrola temperatury wody.

Ekstrapolacja liniowa współczynnika załamania wraz ze zmianami temperatury jest dopuszczalna dla małych różnic temperatur (10 - 20°C).

Dokładne określenie współczynnika załamania światła w szerokim zakresie temperatur odbywa się według wzorów empirycznych postaci:

nt=n0+w+bt2+…

Do refraktometrii roztworów w szerokim zakresie stężeń

korzystać z tabel lub wzorów empirycznych. Zależność wyświetlania-

współczynnik załamania światła wodnych roztworów niektórych substancji na stężenie

jest zbliżony do liniowego i umożliwia określenie stężeń tych substancji w

woda w szerokim zakresie stężeń (rysunek 4) z wykorzystaniem refrakcji

metry.

Rysunek 4 - Współczynnik załamania niektórych roztworów wodnych

Zwykle n ciał stałych i ciekłych jest określanych za pomocą refraktometrów z precyzją

do 0,0001. Najczęściej spotykane są refraktometry Abbego (Rysunek 5) z blokami pryzmatycznymi i kompensatorami dyspersji, które umożliwiają wyznaczenie nD w świetle „białym” na skali lub wskaźniku cyfrowym.

Rysunek 5 - Refraktometr Abbego (IRF-454; IRF-22)

Współczynnik załamania światła

Współczynnik załamania światła substancje - wartość równa stosunkowi prędkości fazowych światła (fal elektromagnetycznych) w próżni i w danym ośrodku. Czasem mówi się też o współczynniku załamania dla innych fal, na przykład dźwięku, choć w takich przypadkach definicja musi oczywiście zostać jakoś zmodyfikowana.

Współczynnik załamania światła zależy od właściwości substancji i długości fali promieniowania, w przypadku niektórych substancji współczynnik załamania zmienia się dość silnie, gdy częstotliwość fal elektromagnetycznych zmienia się z niskich częstotliwości na optyczną i dalej, a w niektórych może również zmieniać się jeszcze gwałtowniej. obszary skali częstotliwości. Domyślnym ustawieniem jest zwykle zakres optyczny lub zakres określony przez kontekst.

Spinki do mankietów

RefractiveIndex.INFO baza danych indeksów refrakcji

Fundacja Wikimedia. 2010 .

Zobacz, co „Indeks załamania” znajduje się w innych słownikach:

W stosunku do dwóch ośrodków n21, bezwymiarowy stosunek prędkości propagacji promieniowania optycznego (c veta a) w pierwszym (c1) i drugim (c2) ośrodku: n21=c1/c2. Jednocześnie nawiązuje. P. p. jest stosunkiem sinusów g i spadku j oraz przy g l ... ... Encyklopedia fizyczna

Zobacz współczynnik załamania...

Zobacz indeks refrakcji. * * * WSKAŹNIK REFRAKTYWNY WSKAŹNIK REFRAKTYWNY, patrz Współczynnik załamania (patrz WSKAŹNIK REFRAKTYWNY) … słownik encyklopedyczny- REFRACTIVE INDEX, wartość charakteryzująca ośrodek i jest równa stosunkowi prędkości światła w próżni do prędkości światła w ośrodku (bezwzględny współczynnik załamania światła). Współczynnik załamania n zależy od dielektryka e i przepuszczalności magnetycznej m ... ... Ilustrowany słownik encyklopedyczny

- (patrz WSKAŹNIK REFRAKCYJNY). Fizyczny słownik encyklopedyczny. Moskwa: radziecka encyklopedia. Redaktor naczelny A. M. Prochorow. 1983... Encyklopedia fizyczna

Zobacz współczynnik załamania światła... Wielka radziecka encyklopedia

Stosunek prędkości światła w próżni do prędkości światła w ośrodku (bezwzględny współczynnik załamania). Względny współczynnik załamania światła 2 mediów to stosunek prędkości światła w ośrodku, z którego światło pada na interfejs do prędkości światła w drugim ... ... Wielki słownik encyklopedyczny

Załamanie światła- zjawisko polegające na tym, że wiązka światła przechodząca z jednego ośrodka do drugiego zmienia kierunek na granicy tych ośrodków.

Załamanie światła następuje zgodnie z następującym prawem:
Promienie padające i załamane oraz prostopadła do granicy między dwoma mediami w punkcie padania wiązki leżą w tej samej płaszczyźnie. Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest wartością stałą dla dwóch mediów:
,
gdzie α - kąt padania,
β - kąt załamania
n - stała wartość niezależna od kąta padania.

Gdy zmienia się kąt padania, zmienia się również kąt załamania. Im większy kąt padania, tym większy kąt załamania.
Jeśli światło przechodzi z ośrodka o mniejszej gęstości optycznie do ośrodka o większej gęstości, kąt załamania jest zawsze mniejszy niż kąt padania: β < α.
Wiązka światła skierowana prostopadle do interfejsu między dwoma mediami przechodzi z jednego medium do drugiego bez łamania.

bezwzględny współczynnik załamania substancji- wartość równa stosunkowi prędkości fazowych światła (fal elektromagnetycznych) w próżni i w danym ośrodku n=c/v
Wartość n zawarta w prawie załamania nazywa się względnym współczynnikiem załamania dla pary mediów.

Wartość n jest względnym współczynnikiem załamania światła ośrodka B w odniesieniu do ośrodka A, a n" = 1/n jest względnym współczynnikiem załamania światła ośrodka A w odniesieniu do ośrodka B.
Wartość ta, ceteris paribus, jest większa od jedności, gdy wiązka przechodzi z ośrodka gęstszego do ośrodka o mniejszej gęstości, i mniejsza od jedności, gdy wiązka przechodzi z ośrodka o mniejszej gęstości do ośrodka o większej gęstości (na przykład z gazu lub z próżni do cieczy lub ciała stałego). Istnieją wyjątki od tej reguły, dlatego przyjęło się nazywać medium optycznie mniej lub bardziej gęstym od drugiego.
Wiązka padająca z przestrzeni pozbawionej powietrza na powierzchnię jakiegoś ośrodka B jest załamywana silniej niż padając na nią z innego ośrodka A; Współczynnik załamania promienia padającego na ośrodek z przestrzeni pozbawionej powietrza nazywany jest jego bezwzględnym współczynnikiem załamania.

(Absolut - w stosunku do próżni.
Względny - w stosunku do dowolnej innej substancji (na przykład tego samego powietrza).
Wskaźnik względny dwóch substancji to stosunek ich wskaźników bezwzględnych).

Całkowite odbicie wewnętrzne- odbicie wewnętrzne, pod warunkiem, że kąt padania przekracza pewien kąt krytyczny. W tym przypadku fala padająca jest całkowicie odbijana, a wartość współczynnika odbicia przekracza jego najwyższe wartości dla powierzchni polerowanych. Współczynnik odbicia dla całkowitego wewnętrznego odbicia nie zależy od długości fali.

W optyce zjawisko to obserwuje się w szerokim spektrum promieniowania elektromagnetycznego, w tym w zakresie rentgenowskim.

W optyce geometrycznej zjawisko to wyjaśnia się za pomocą prawa Snella. Biorąc pod uwagę, że kąt załamania nie może przekroczyć 90°, otrzymujemy, że przy kącie padania, którego sinus jest większy niż stosunek mniejszego współczynnika załamania do wyższego współczynnika, fala elektromagnetyczna powinna być całkowicie odbita do pierwszego ośrodka.

Zgodnie z falową teorią tego zjawiska, fala elektromagnetyczna wnika jednak w drugi ośrodek - propaguje się tam tak zwana „fala niejednorodna”, która rozkłada się wykładniczo i nie zabiera ze sobą energii. Charakterystyczna głębokość wnikania fali niejednorodnej do drugiego ośrodka jest rzędu długości fali.

Prawa załamania światła.

Ze wszystkiego, co zostało powiedziane, dochodzimy do wniosku:
1 . Na styku dwóch ośrodków o różnej gęstości optycznej wiązka światła zmienia swój kierunek podczas przechodzenia z jednego ośrodka do drugiego.
2. Gdy wiązka światła przechodzi do ośrodka o większej gęstości optycznej, kąt załamania jest mniejszy niż kąt padania; gdy wiązka światła przechodzi z ośrodka gęstszego optycznie do ośrodka o mniejszej gęstości, kąt załamania jest większy niż kąt padania.
Załamaniu światła towarzyszy odbicie, a wraz ze wzrostem kąta padania zwiększa się jasność odbitej wiązki, a załamana słabnie. Można to zobaczyć przeprowadzając eksperyment pokazany na rysunku. W konsekwencji odbita wiązka zabiera ze sobą im więcej energii świetlnej, tym większy kąt padania.

Wynajmować MN- interfejs między dwoma przezroczystymi mediami, np. powietrzem i wodą, UAB- spadająca wiązka OW- wiązka załamana, - kąt padania, - kąt załamania, - prędkość propagacji światła w pierwszym ośrodku, - prędkość propagacji światła w drugim ośrodku.