Índice de refracción absoluto y relativo de la luz. La ley de la refracción de la luz. Índices de refracción absolutos y relativos. Reflexión interna total
El índice de refracción de un medio relativo al vacío, es decir, para el caso de la transición de los rayos de luz del vacío al medio, se llama absoluto y se determina por la fórmula (27.10): n=c/v.
En los cálculos, los índices de refracción absolutos se toman de las tablas, ya que su valor se determina con bastante precisión mediante experimentos. Como c es mayor que v, entonces el índice de refracción absoluto es siempre mayor que la unidad.
Si la radiación de luz pasa del vacío a un medio, entonces la fórmula de la segunda ley de refracción se escribe como:
sen i/sen β = n. (29.6)
La fórmula (29.6) también se usa a menudo en la práctica cuando los rayos pasan del aire a un medio, ya que la velocidad de propagación de la luz en el aire difiere muy poco de c. Esto se puede ver por el hecho de que el índice de refracción absoluto del aire es 1.0029.
Cuando el haz va del medio al vacío (al aire), entonces la fórmula de la segunda ley de refracción toma la forma:
sen i/sen β = 1/n. (29.7)
En este caso, los rayos, al salir del medio, se alejan necesariamente de la perpendicular a la interfase entre el medio y el vacío.
Veamos cómo puedes encontrar el índice de refracción relativo n21 a partir de los índices de refracción absolutos. Deja pasar la luz del medio con indicador absoluto n1 en el entorno con índice absoluto n2. Entonces n1 = c/V1 yn2 = s/v2, de donde:
n2/n1=v1/v2=n21. (29.8)
La fórmula de la segunda ley de refracción para tal caso a menudo se escribe de la siguiente manera:
seno/senβ = n2/n1. (29.9)
Recordemos que por Exponente absoluto de la teoría de Maxwell la refracción se puede encontrar a partir de la relación: n = √(με). Dado que para las sustancias transparentes a la radiación luminosa, μ es prácticamente igual a la unidad, podemos suponer que:
n = √ε. (29.10)
Dado que la frecuencia de las oscilaciones en la radiación luminosa es del orden de 10 14 Hz, ni los dipolos ni los iones de un dieléctrico, que tienen una masa relativamente grande, tienen tiempo de cambiar de posición con tal frecuencia, y las propiedades dieléctricas de una sustancia bajo estas condiciones están determinadas únicamente por la polarización electrónica de sus átomos. Esto explica la diferencia entre el valor ε=n 2 de (29.10) y ε st en electrostática. Entonces, para el agua ε \u003d n 2 \u003d 1.77, y ε st \u003d 81; el dieléctrico sólido iónico NaCl ε=2.25, y εst =5.6. Cuando una sustancia consiste en átomos homogéneos o moléculas no polares, es decir, no tiene iones ni dipolos naturales, entonces su polarización solo puede ser electrónica. Para sustancias similares, ε de (29.10) y εst coinciden. Un ejemplo de tal sustancia es el diamante, que consta únicamente de átomos de carbono.
Tenga en cuenta que el valor del índice de refracción absoluto, además del tipo de sustancia, también depende de la frecuencia de oscilación o de la longitud de onda de la radiación. . A medida que disminuye la longitud de onda, por regla general, aumenta el índice de refracción.
En el curso de física de octavo grado, te familiarizaste con el fenómeno de la refracción de la luz. Ahora sabes que la luz son ondas electromagnéticas de un cierto rango de frecuencia. Con base en el conocimiento sobre la naturaleza de la luz, podrá comprender la causa física de la refracción y explicar muchos otros fenómenos de luz asociados con ella.
Arroz. 141. Al pasar de un medio a otro, el haz se refracta, es decir, cambia la dirección de propagación
De acuerdo con la ley de refracción de la luz (Fig. 141):
- los rayos incidentes, refractados y trazados perpendicularmente a la interfaz entre dos medios en el punto de incidencia del haz se encuentran en el mismo plano; la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es un valor constante para estos dos medios
donde n 21 es el índice de refracción relativo del segundo medio con respecto al primero.
Si el haz pasa a cualquier medio desde el vacío, entonces
donde n es el índice de refracción absoluto (o simplemente índice de refracción) del segundo medio. En este caso, el primer "ambiente" es el vacío, cuyo índice absoluto se toma como uno.
La ley de la refracción de la luz fue descubierta empíricamente por el científico holandés Willebord Snellius en 1621. La ley fue formulada en un tratado sobre óptica, que se encontró en los artículos del científico después de su muerte.
Después del descubrimiento de Snell, varios científicos propusieron la hipótesis de que la refracción de la luz se debe a un cambio en su velocidad cuando pasa por el límite de dos medios. La validez de esta hipótesis fue confirmada por pruebas teóricas realizadas de forma independiente por el matemático francés Pierre Fermat (en 1662) y el físico holandés Christian Huygens (en 1690). Por diferentes caminos llegaron al mismo resultado, demostrando que
- la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es un valor constante para estos dos medios, igual a la relación de las velocidades de la luz en estos medios:
(3)
De la ecuación (3) se deduce que si el ángulo de refracción β es menor que el ángulo de incidencia a, entonces la luz de una frecuencia dada en el segundo medio se propaga más lentamente que en el primero, es decir, V 2 La relación de las cantidades incluidas en la ecuación (3) sirvió como buena razón para la aparición de otra formulación de la definición del índice de refracción relativo: n 21 \u003d v 1 / v 2 (4) Deje que un haz de luz pase del vacío a algún medio. Sustituyendo v1 en la ecuación (4) por la velocidad de la luz en el vacío c, y v 2 por la velocidad de la luz en un medio v, obtenemos la ecuación (5), que es la definición del índice de refracción absoluto: De acuerdo con las ecuaciones (4) y (5), n 21 muestra cuántas veces cambia la velocidad de la luz cuando pasa de un medio a otro, y n - cuando pasa del vacío a un medio. Esto es significado físico indíces refractivos. El valor del índice de refracción absoluto n de cualquier sustancia es mayor que la unidad (esto está confirmado por los datos contenidos en las tablas de los libros de referencia físicos). Entonces, según la ecuación (5), c/v > 1 y c > v, es decir, la velocidad de la luz en cualquier sustancia es menor que la velocidad de la luz en el vacío. Sin dar justificaciones rigurosas (son complejas y engorrosas), notamos que la razón de la disminución de la velocidad de la luz durante su transición del vacío a la materia es la interacción de una onda luminosa con átomos y moléculas de materia. Cuanto mayor sea la densidad óptica de la sustancia, más fuerte será esta interacción, menor será la velocidad de la luz y mayor será el índice de refracción. Así, la velocidad de la luz en un medio y el índice de refracción absoluto están determinados por las propiedades de este medio. De acuerdo con los valores numéricos de los índices de refracción de las sustancias, se pueden comparar sus densidades ópticas. Por ejemplo, el índice de refracción diferentes variedades los vidrios se encuentran en el rango de 1.470 a 2.040, y el índice de refracción del agua es 1.333. Esto significa que el vidrio es un medio ópticamente más denso que el agua. Pasemos a la Figura 142, con la ayuda de la cual podemos explicar por qué, en el límite de dos medios, con un cambio en la velocidad, también cambia la dirección de propagación de una onda de luz. Arroz. 142. Cuando las ondas de luz pasan del aire al agua, la velocidad de la luz disminuye, el frente de la onda, y con él su velocidad, cambia de dirección La figura muestra una onda de luz que pasa del aire al agua e incide en la interfaz entre estos medios con un ángulo a. En el aire, la luz se propaga a una velocidad v 1 , y en el agua a una velocidad más lenta v 2 . El punto A de la onda llega primero al límite. Durante un período de tiempo Δt, el punto B, moviéndose en el aire a la misma velocidad v 1, llegará al punto B. "Durante el mismo tiempo, el punto A, moviéndose en el agua a una velocidad menor v 2, recorrerá una distancia más corta , alcanzando sólo el punto A". En este caso, el llamado frente de onda A "B" en el agua girará en un cierto ángulo con respecto al frente de la onda AB en el aire. Y el vector velocidad (que siempre es perpendicular al frente de onda y coincide con la dirección de su propagación) gira, acercándose a la línea recta OO", perpendicular a la interfaz entre los medios. En este caso, el ángulo de refracción β resulta ser menor que el ángulo de incidencia α Así es como se produce la refracción de la luz. También se puede ver en la figura que tras la transición a otro medio y la rotación del frente de onda, la longitud de onda también cambia: tras la transición a un medio ópticamente más denso, la velocidad disminuye, la longitud de onda también disminuye (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. refracción de la luz- un fenómeno en el que un haz de luz, pasando de un medio a otro, cambia de dirección en el límite de estos medios. La refracción de la luz se produce de acuerdo con la siguiente ley: Cuando cambia el ángulo de incidencia, también cambia el ángulo de refracción. Cuanto mayor sea el ángulo de incidencia, mayor será el ángulo de refracción. índice de refracción absoluto de una sustancia- un valor igual a la relación de las velocidades de fase de la luz (ondas electromagnéticas) en el vacío y en un medio dado n=c/v El valor n es el índice de refracción relativo del medio B con respecto al medio A, y n" = 1/n es el índice de refracción relativo del medio A con respecto al medio B. (Absoluto - relativo al vacío. Completo reflexión interna
- reflexión interna, siempre que el ángulo de incidencia supere un determinado ángulo crítico. En este caso, la onda incidente se refleja completamente y el valor del coeficiente de reflexión supera su valor máximo. grandes valores para superficies pulidas. El coeficiente de reflexión para la reflexión interna total no depende de la longitud de onda. En óptica, este fenómeno se observa para una amplia gama radiación electromagnética, incluido el rango de rayos X. En óptica geométrica, el fenómeno se explica en términos de la ley de Snell. Considerando que el ángulo de refracción no puede exceder los 90°, obtenemos que a un ángulo de incidencia cuyo seno es mayor que la relación del índice de refracción menor al índice mayor, onda electromagnética debe reflejarse completamente el primer miércoles. De acuerdo con la teoría ondulatoria del fenómeno, la onda electromagnética, sin embargo, penetra en el segundo medio: allí se propaga la llamada "onda no uniforme", que decae exponencialmente y no se lleva energía consigo. La profundidad característica de penetración de una onda no homogénea en el segundo medio es del orden de la longitud de onda. Leyes de la refracción de la luz. De todo lo dicho, concluimos: Permitir Minnesota- la interfaz entre dos medios transparentes, por ejemplo, aire y agua, JSC- haz que cae VO- haz refractado, - ángulo de incidencia, - ángulo de refracción, - velocidad de propagación de la luz en el primer medio, - velocidad de propagación de la luz en el segundo medio. Trabajo de laboratorio Refracción de la luz. Medición del índice de refracción de un líquido. con un refractómetro Objetivo: profundización de ideas sobre el fenómeno de la refracción de la luz; estudio de métodos para medir el índice de refracción de medios líquidos; estudio del principio de funcionamiento con un refractómetro. Equipo: refractómetro, soluciones sal de mesa, pipeta, paño suave para limpiar las partes ópticas de los dispositivos. Teoría Leyes de reflexión y refracción de la luz. índice de refracción. En la interfaz entre los medios, la luz cambia la dirección de su propagación. Parte de la energía luminosa vuelve al primer medio, es decir, la luz se refleja. Si el segundo medio es transparente, entonces parte de la luz, bajo ciertas condiciones, pasa a través de la interfaz entre los medios, cambiando, por regla general, la dirección de propagación. Este fenómeno se llama refracción de la luz.
(Figura 1). Arroz. 1. Reflexión y refracción de la luz en una interfaz plana entre dos medios. La dirección de los rayos reflejados y refractados durante el paso de la luz a través de una interfaz plana entre dos medios transparentes está determinada por las leyes de reflexión y refracción de la luz. La ley de la reflexión de la luz. El rayo reflejado se encuentra en el mismo plano que el rayo incidente y la normal se restablece al plano de interfaz en el punto de incidencia. Ángulo de incidencia La ley de la refracción de la luz. El haz refractado se encuentra en el mismo plano que el haz incidente y la normal se restablece al plano de interfaz en el punto de incidencia. La relación del seno del ángulo de incidencia. α
al seno del ángulo de refracción β
existe un valor constante para estos dos medios, llamado índice de refracción relativo del segundo medio con respecto al primero: Índice de refracción relativo
dos medios es igual a la razón de la velocidad de la luz en el primer medio v1 a la velocidad de la luz en el segundo medio v2: Si la luz pasa del vacío a un medio, entonces el índice de refracción del medio en relación con el vacío se denomina índice de refracción absoluto de este medio y es igual a la relación de la velocidad de la luz en el vacío. desde a la velocidad de la luz en un medio dado v: Los índices de refracción absolutos son siempre mayores que uno; para aire norte tomado como una unidad. El índice de refracción relativo de dos medios se puede expresar en términos de sus índices absolutos norte 1
Y norte 2
: Determinación del índice de refracción de un líquido. Para una determinación rápida y conveniente del índice de refracción de los líquidos, existen instrumentos ópticos especiales: refractómetros, cuya parte principal son dos prismas (Fig. 2): auxiliar Etc una y medir ej. 2. El líquido de prueba se vierte en el espacio entre los prismas. Cuando se miden indicadores, se pueden usar dos métodos: el método del rayo rasante (para líquidos transparentes) y el método de reflexión interna total (para soluciones oscuras, turbias y coloreadas). En este trabajo se utiliza el primero de ellos. En el método del haz deslizante, la luz de fuente externa va por el borde AB prismas Ej. 1, se difunde en su superficie mate C.A. y luego a través de la capa del líquido investigado penetra en el prisma ej. 2. La superficie mate se convierte en una fuente de rayos desde todas las direcciones, por lo que se puede observar a través del rostro. miF
prismas ej. 2. Sin embargo, la línea C.A. se puede ver a través miF solo en un ángulo mayor que algún ángulo mínimo limitante I. El valor de este ángulo está únicamente relacionado con el índice de refracción del líquido situado entre los prismas, que pasará a ser la idea principal del diseño del refractómetro. Considere el paso de la luz a través de una cara. FE prisma de medición inferior ej. 2. Como puede verse en la fig. 2, aplicando el doble de la ley de refracción de la luz, podemos obtener dos relaciones: Resolviendo este sistema de ecuaciones, es fácil llegar a la conclusión de que el índice de refracción del líquido depende de cuatro cantidades: q,
r,
r 1
Y I. Sin embargo, no todos son independientes. Por ejemplo, r+
s=
R
,
(4) donde R
-
ángulo de refracción de un prisma Ej. 2. Además, ajustando el ángulo q el valor máximo es 90°, de la ecuación (1) obtenemos: Pero el valor máximo del ángulo r
,
como puede verse en la fig. 2 y las relaciones (3) y (4), corresponden a los valores mínimos de los ángulos I
Y r 1 ,
esos. I min
Y r min .
Por lo tanto, el índice de refracción de un líquido para el caso de rayos "deslizantes" está relacionado solo con el ángulo I. En este caso, hay un valor mínimo del ángulo I,
cuando el borde C.A. todavía se observa, es decir, en el campo de visión, parece ser un espejo blanco. Para ángulos de visión más pequeños, el borde no es visible y en el campo de visión este lugar aparece negro. Dado que el telescopio del instrumento captura una zona angular relativamente amplia, se observan simultáneamente áreas claras y negras en el campo de visión, cuyo límite corresponde al ángulo mínimo de observación y está inequívocamente relacionado con el índice de refracción del líquido. Usando la fórmula de cálculo final: (se omite su conclusión) y una serie de líquidos con índices de refracción conocidos, es posible calibrar el dispositivo, es decir, establecer una correspondencia biunívoca entre los índices de refracción de los líquidos y los ángulos I min .
Todas las fórmulas anteriores se obtienen para rayos de cualquier longitud de onda. Se refractará luz de diferentes longitudes de onda, teniendo en cuenta la dispersión del prisma. Por lo tanto, cuando el prisma se ilumina con luz blanca, la interfaz se verá borrosa y coloreada en diferentes colores debido a la dispersión. Por lo tanto, cada refractómetro tiene un compensador que le permite eliminar el resultado de la dispersión. Puede constar de uno o dos prismas de visión directa - Prismas Amici. Cada prisma Amici consta de tres prismas de vidrio con diferentes índices de refracción y diferente dispersión, por ejemplo, los prismas exteriores están hechos de vidrio de corona y el prisma central está hecho de vidrio de sílex (el vidrio de corona y el vidrio de sílex son tipos de vidrio). Al girar el prisma compensador con la ayuda de un dispositivo especial, se obtiene una imagen nítida e incolora de la interfaz, cuya posición corresponde al valor del índice de refracción de la línea amarilla de sodio. λ
\u003d 5893 Å (los prismas están diseñados para que los rayos con una longitud de onda de 5893 Å no experimenten desviaciones en ellos). Los rayos que han pasado a través del compensador ingresan al objetivo del telescopio, luego pasan a través del prisma inversor a través del ocular del telescopio hacia el ojo del observador. El curso esquemático de los rayos se muestra en la fig. 3. La escala del refractómetro está calibrada en términos del índice de refracción y la concentración de la solución de sacarosa en agua y está ubicada en el plano focal del ocular. parte experimental Tarea 1. Comprobación del refractómetro. Apunte la luz con un espejo al prisma auxiliar del refractómetro. Con el prisma auxiliar levantado, pipetee unas gotas de agua destilada sobre el prisma de medición. Con el prisma auxiliar bajado, logre la mejor iluminación del campo de visión y ajuste el ocular de modo que la cruz y la escala del índice de refracción se puedan ver claramente. Girando la cámara del prisma de medición, obtenga el borde de luz y sombra en el campo de visión. Al girar el cabezal compensador, lograr la eliminación de la coloración del borde de luces y sombras. Alinee el borde de luz y sombra con el punto de mira y mida el índice de refracción del agua norte ismo .
Si el refractómetro está funcionando, entonces para agua destilada el valor debe ser norte 0
=
1.333, si las lecturas difieren de este valor, debe determinar la corrección n=
norte ismo -
1.333, que luego debe tenerse en cuenta en el trabajo posterior con el refractómetro. Haz las correcciones en la tabla 1. Tabla 1. norte 0
norte ismo Δ
norte H 2
SOBRE Tarea 2. Determinación del índice de refracción de un líquido. Determinar los índices de refracción de soluciones de concentraciones conocidas, teniendo en cuenta la corrección encontrada. Tabla 2. C, sobre. % norte ismo norte es Graficar la dependencia del índice de refracción de las soluciones de cloruro de sodio con la concentración según los resultados obtenidos. Llegar a una conclusión sobre la dependencia de n en C; sacar conclusiones sobre la precisión de las mediciones en un refractómetro. Tome una solución salina de concentración desconocida DESDE X ,
determine su índice de refracción y encuentre la concentración de la solución a partir del gráfico. quitar lugar de trabajo, limpie suavemente los prismas de los refractómetros con un paño limpio y húmedo. preguntas de examen Reflexión y refracción de la luz. Absoluto y desempeño relativo refracción del medio. El principio de funcionamiento del refractómetro. Método de viga deslizante. Curso esquemático de los rayos en un prisma. ¿Por qué se necesitan prismas compensadores? Propagación, reflexión y refracción de la luz. La naturaleza de la luz es electromagnética. Una prueba de esto es la coincidencia de las velocidades de las ondas electromagnéticas y la luz en el vacío. En un medio homogéneo, la luz se propaga en línea recta. Esta declaración se llama la ley de propagación rectilínea de la luz. Una prueba experimental de esta ley son las sombras nítidas que dan las fuentes puntuales de luz. Una línea geométrica que indica la dirección de propagación de la luz se llama haz de luz. En un medio isotrópico, los rayos de luz se dirigen perpendicularmente al frente de onda. El lugar geométrico de los puntos del medio que oscilan en la misma fase se denomina superficie de onda, y el conjunto de puntos a los que ha llegado la oscilación en un momento dado se denomina frente de onda. Según el tipo de frente de onda, se distinguen ondas planas y esféricas. Para explicar el proceso de propagación de la luz, utilice principio general teoría ondulatoria sobre el movimiento del frente de onda en el espacio, propuesta por el físico holandés H. Huygens. Según el principio de Huygens, cada punto del medio al que llega la excitación de la luz es el centro de ondas secundarias esféricas, que también se propagan a la velocidad de la luz. La envolvente de la superficie de los frentes de estas ondas secundarias da la posición del frente de la onda que realmente se propaga en ese momento. Es necesario distinguir entre haces de luz y rayos de luz. Un haz de luz es una parte de una onda de luz que transporta energía luminosa en una dirección determinada. Al reemplazar un haz de luz con un haz de luz que lo describe, este último debe tomarse para coincidir con el eje de un haz de luz bastante estrecho, pero con un ancho finito (las dimensiones de la sección transversal son mucho más grandes que la longitud de onda). Hay haces de luz divergentes, convergentes y casi paralelos. A menudo se utilizan los términos haz de rayos de luz o simplemente rayos de luz, entendiendo por esto un conjunto de rayos de luz que describen un haz de luz real. La velocidad de la luz en el vacío c = 3 108 m/s es una constante universal y no depende de la frecuencia. Por primera vez, la velocidad de la luz fue determinada experimentalmente por el método astronómico del científico danés O. Römer. A. Michelson midió la velocidad de la luz con mayor precisión. La velocidad de la luz en la materia es menor que en el vacío. La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y su velocidad en un medio dado se denomina índice de refracción absoluto del medio: donde c es la velocidad de la luz en el vacío, v es la velocidad de la luz en un medio dado. Los índices de refracción absolutos de todas las sustancias son mayores que la unidad. Cuando la luz se propaga en un medio, es absorbida y dispersada, y en la interfase entre los medios es reflejada y refractada. La ley de la reflexión de la luz: el haz incidente, el haz reflejado y la perpendicular a la interfaz entre dos medios, elevados en el punto de incidencia del haz, se encuentran en el mismo plano; el ángulo de reflexión g es igual al ángulo de incidencia a (Fig. 1). La ley de la refracción de la luz: el haz incidente, el haz refractado y la perpendicular a la interfaz entre dos medios, restaurados en el punto de incidencia del haz, se encuentran en el mismo plano; la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción para una frecuencia de luz dada es un valor constante, llamado índice de refracción relativo del segundo medio con respecto al primero: La ley de refracción de la luz establecida experimentalmente se explica sobre la base del principio de Huygens. De acuerdo con los conceptos ondulatorios, la refracción es consecuencia de un cambio en la velocidad de propagación de la onda durante la transición de un medio a otro, y el significado físico del índice de refracción relativo es la relación entre la velocidad de propagación de la onda en el primer medio v1 a la velocidad de su propagación en el segundo medio Para medios con índices de refracción absolutos n1 y n2, el índice de refracción relativo del segundo medio en relación con el primero es igual a la relación entre el índice de refracción absoluto del segundo medio y el índice de refracción absoluto del primer medio: El medio que tiene un índice de refracción más alto se llama ópticamente más denso, la velocidad de propagación de la luz en él es más baja. Si la luz pasa de un medio ópticamente más denso a uno ópticamente menos denso, entonces, en un cierto ángulo de incidencia a0, el ángulo de refracción debería volverse igual a p/2. La intensidad del haz refractado en este caso se vuelve igual a cero. La luz que incide en la interfaz entre dos medios se refleja completamente en ella. El ángulo de incidencia a0 en el que se produce la reflexión interna total de la luz se denomina ángulo límite de la reflexión interna total. En todos los ángulos de incidencia iguales o mayores que a0, se produce la reflexión total de la luz. El valor del ángulo límite se encuentra a partir de la relación 2 El índice de refracción de una sustancia es un valor igual a la relación de las velocidades de fase de la luz (ondas electromagnéticas) en el vacío y en un medio dado. También hablan sobre el índice de refracción de cualquier otra onda, por ejemplo, el sonido. El índice de refracción depende de las propiedades de la sustancia y la longitud de onda de la radiación, para algunas sustancias el índice de refracción cambia bastante cuando la frecuencia de las ondas electromagnéticas cambia de frecuencias bajas a ópticas y más allá, y también puede cambiar aún más bruscamente en ciertas áreas de la escala de frecuencia. El valor predeterminado suele ser el rango óptico, o el rango determinado por el contexto. Existen sustancias ópticamente anisotrópicas en las que el índice de refracción depende de la dirección y polarización de la luz. Tales sustancias son bastante comunes, en particular, todos estos son cristales con una simetría suficientemente baja de la red cristalina, así como sustancias sujetas a deformación mecánica. El índice de refracción se puede expresar como la raíz del producto de las permitividades magnéticas y del medio. (se debe tener en cuenta que los valores de la permeabilidad magnética y el índice de permitividad absoluta para el rango de frecuencia de interés - por ejemplo, el óptico, pueden diferir mucho del valor estático de estos valores). Para medir el índice de refracción se utilizan refractómetros manuales y automáticos. Cuando se usa un refractómetro para determinar la concentración de azúcar en una solución acuosa, el dispositivo se llama sacarímetro. La relación entre el seno del ángulo de incidencia () del haz y el seno del ángulo de refracción () durante la transición del haz del medio A al medio B se denomina índice de refracción relativo para este par de medios. La cantidad n es el índice de refracción relativo del medio B con respecto al medio A, an" = 1/n es el índice de refracción relativo del medio A con respecto al medio B. Este valor, ceteris paribus, suele ser inferior a la unidad cuando el haz pasa de un medio más denso a un medio menos denso, y superior a la unidad cuando el haz pasa de un medio menos denso a otro más denso (por ejemplo, de un gas o del vacío a un líquido o sólido). Hay excepciones a esta regla y, por lo tanto, se acostumbra llamar a un medio ópticamente más o menos denso que otro (que no debe confundirse con la densidad óptica como medida de la opacidad de un medio). Un rayo que cae desde un espacio sin aire sobre la superficie de algún medio B se refracta con más fuerza que cuando cae sobre él desde otro medio A; el índice de refracción de un haz que incide sobre un medio desde el espacio sin aire se denomina índice de refracción absoluto o simplemente índice de refracción de este medio, este es el índice de refracción, cuya definición se da al principio del artículo. El índice de refracción de cualquier gas, incluido el aire, en condiciones normales es mucho menor que los índices de refracción de líquidos o sólidos, por lo tanto, aproximadamente (y con una precisión relativamente buena) el índice de refracción absoluto se puede juzgar a partir del índice de refracción relativo al aire. Arroz. 3. El principio de funcionamiento del refractómetro de interferencia. Un haz de luz se divide de modo que sus dos partes pasen a través de cubetas de longitud l llenas de sustancias con diferentes índices de refracción. A la salida de la celda, los rayos adquieren una cierta diferencia de trayectoria y, al juntarse, dan en la pantalla una imagen de máximos y mínimos de interferencia con órdenes k (que se muestra esquemáticamente a la derecha). La diferencia en los índices de refracción Dn=n2 –n1 =kl/2, donde l es la longitud de onda de la luz. Los refractómetros son dispositivos que se utilizan para medir el índice de refracción de las sustancias. El principio de funcionamiento de un refractómetro se basa en el fenómeno de la reflexión total. Si un haz de luz disperso cae en la interfaz entre dos medios con índices de refracción y desde un medio ópticamente más denso, entonces, a partir de un cierto ángulo de incidencia, los rayos no ingresan al segundo medio, sino que se reflejan completamente desde la interfaz en el primer medio. Este ángulo se denomina ángulo límite de reflexión total. La figura 1 muestra el comportamiento de los rayos cuando caen en una determinada corriente de esta superficie. El haz va en un ángulo límite. A partir de la ley de la refracción, puedes determinar:, (porque). El ángulo límite depende del índice de refracción relativo de los dos medios. Si los rayos reflejados desde la superficie se dirigen a una lente convergente, en el plano focal de la lente se puede ver el borde de la luz y la penumbra, y la posición de este borde depende del valor del ángulo límite y, en consecuencia. , en el índice de refracción. Un cambio en el índice de refracción de uno de los medios implica un cambio en la posición de la interfaz. El límite entre la luz y la sombra puede servir como indicador para determinar el índice de refracción, que se utiliza en los refractómetros. Este método para determinar el índice de refracción se denomina método de reflexión total. Además del método de reflexión total, los refractómetros utilizan el método de haz rasante. En este método, un haz de luz dispersa golpea el límite desde un medio ópticamente menos denso en todos los ángulos posibles (Fig. 2). El haz deslizándose sobre la superficie (), corresponde a -- ángulo límite refracción (haz en la Fig. 2). Si colocamos una lente en el camino de los rayos () refractados en la superficie, en el plano focal de la lente también veremos un borde nítido entre la luz y la sombra. Arroz. 2 Dado que las condiciones que determinan el valor del ángulo límite son las mismas en ambos métodos, la posición de la interfaz es la misma. Ambos métodos son equivalentes, pero el método de reflexión total le permite medir el índice de refracción de sustancias opacas. La trayectoria de los rayos en un prisma triangular. La figura 9 muestra una sección de un prisma de vidrio con un plano perpendicular a sus bordes laterales. El haz en el prisma se desvía hacia la base refractándose en las caras OA y 0B. El ángulo j entre estas caras se llama ángulo de refracción del prisma. El ángulo de desviación q del haz depende del ángulo de refracción del prisma j, del índice de refracción n del material del prisma y del ángulo de incidencia a. Se puede calcular usando la ley de refracción (1.4). El refractómetro utiliza una fuente de luz blanca 3. Debido a la dispersión cuando la luz pasa a través de los prismas 1 y 2, el límite entre la luz y la sombra resulta estar coloreado. Para evitar esto, se coloca delante de la lente del telescopio un compensador 4. Consta de dos prismas idénticos, cada uno de los cuales está pegado entre sí a partir de tres prismas con un índice de refracción diferente. Los prismas se seleccionan de modo que un haz monocromático con una longitud de onda
= 589,3 µm. (longitud de onda de la línea amarilla de sodio) no se probó después de pasar el compensador de deflexión. Los rayos con otras longitudes de onda son desviados por prismas en diferentes direcciones. Al mover los prismas compensadores con la ayuda de un mango especial, el límite entre la luz y la oscuridad se vuelve lo más claro posible. Los rayos de luz, habiendo pasado el compensador, caen en la lente 6 del telescopio. La imagen de la interfaz luz-sombra se ve a través del ocular 7 del telescopio. Al mismo tiempo, se ve a través del ocular la escala 8. Dado que el ángulo límite de refracción y el ángulo límite de reflexión total dependen del índice de refracción del líquido, los valores de este índice de refracción se trazan inmediatamente en el escala refractométrica. El sistema óptico del refractómetro también contiene un prisma giratorio 5. Le permite colocar el eje del telescopio perpendicular a los prismas 1 y 2, lo que hace que la observación sea más conveniente. INDICADOR REFRACTIVO(índice de refracción) - óptico. característica ambiental asociada con refracción de la luz en la interfaz entre dos medios transparentes ópticamente homogéneos e isotrópicos durante su transición de un medio a otro y debido a la diferencia en las velocidades de fase de propagación de la luz en los medios. El valor de P. p., igual a la relación de estas velocidades. relativo P. p. de estos ambientes. Si la luz cae sobre el segundo o primer medio desde (donde la velocidad de propagación de la luz desde), entonces las cantidades son P. p. absoluta de estos ambientes. En este caso, la ley de refracción se puede escribir en la forma donde y son los ángulos de incidencia y refracción. La magnitud de la P. p. absoluta depende de la naturaleza y estructura de la sustancia, su estado de agregación, temperaturas, presiones, etc. A intensidades altas, la P.p. depende de la intensidad de la luz (ver. óptica no lineal). Para una serie de sustancias, P. p. cambia bajo la influencia del exterior. eléctrico campos ( efecto kerr- en líquidos y gases; electroóptico Efecto bolsillos- en cristales). Para un medio dado, la banda de absorción depende de la longitud de onda de la luz l, y esta dependencia es anómala en la región de las bandas de absorción (ver Fig. Dispersión de luz). Para prácticamente todos los medios, la banda de absorción es cercana a 1, en la región visible para líquidos y sólidos es de alrededor de 1,5; en la región IR para un número de medios transparentes 4.0 (para Ge). Se caracterizan por dos fenómenos paramétricos: ordinario (similar a los medios isotrópicos) y extraordinario, cuya magnitud depende del ángulo de incidencia del haz y, en consecuencia, de la dirección de propagación de la luz en el medio (ver Fig. óptica de cristal Para medios con absorción (en particular, para metales), el coeficiente de absorción es una cantidad compleja y se puede representar como donde n es el coeficiente de absorción habitual, es el índice de absorción (ver. Absorción de luz, óptica metálica). P. p. es macroscópico. característico del medio ambiente y está asociado con su permitividad n magn. permeabilidad La intensidad de las fuentes de luz convencionales (no láser) es relativamente baja; el campo de una onda de luz que actúa sobre un átomo es mucho más pequeño que el eléctrico intraatómico. campos, y un electrón en un átomo puede considerarse como armónico. oscilador. En esta aproximación, el valor de y P. p. Son valores constantes (a una frecuencia dada), independientes de la intensidad de la luz. En intensos flujos de luz creados por potentes láseres, la magnitud de la eléctrica. el campo de una onda de luz puede ser proporcional a la riqueza eléctrica intraatómica. campos y el modelo de armonía, el oscilador resulta ser inaceptable. Tener en cuenta la falta de armonía de las fuerzas en el sistema átomo-electrón conduce a la dependencia de la polarizabilidad del átomo y, por lo tanto, del coeficiente de polarización, de la intensidad de la luz. La conexión entre y resulta ser no lineal; P. p. se puede representar en la forma Donde - P. p. a bajas intensidades de luz; (generalmente designación aceptada) - adición no lineal a P. p., o coeficiente. no linealidad. P. p. depende de la naturaleza del medio ambiente, por ejemplo. para vidrios de silicato P. p. también se ve afectado por la alta intensidad como resultado del efecto electroestricción, cambiando la densidad del medio, alta frecuencia para moléculas anisotrópicas (en un líquido), así como también como resultado de un aumento de temperatura causado por absorción
Preguntas
El ejercicio
Los rayos incidente y refractado y la perpendicular trazada a la interfaz entre dos medios en el punto de incidencia del haz se encuentran en el mismo plano. La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es un valor constante para dos medios:
,
donde α
- Ángulo de incidencia,
β
- ángulo de refracción
norte - un valor constante independiente del ángulo de incidencia.
Si la luz pasa de un medio ópticamente menos denso a un medio más denso, entonces el ángulo de refracción siempre es menor que el ángulo de incidencia: β < α.
Un haz de luz dirigido perpendicularmente a la interfaz entre dos medios pasa de un medio a otro. sin romper.
El valor n incluido en la ley de refracción se denomina índice de refracción relativo para un par de medios.
Este valor, ceteris paribus, es mayor que la unidad cuando el haz pasa de un medio más denso a un medio menos denso, y menor que la unidad cuando el haz pasa de un medio menos denso a otro más denso (por ejemplo, de un gas o de vacío a un líquido o sólido). Hay excepciones a esta regla, y por ello se acostumbra llamar a un medio ópticamente más o menos denso que otro.
Un rayo que cae desde un espacio sin aire sobre la superficie de algún medio B se refracta con más fuerza que cuando cae sobre él desde otro medio A; El índice de refracción de un rayo que incide sobre un medio desde el espacio sin aire se denomina índice de refracción absoluto.
Relativo: relativo a cualquier otra sustancia (el mismo aire, por ejemplo).
El índice relativo de dos sustancias es la razón de sus índices absolutos.)
1 . En la interfaz entre dos medios de distinta densidad óptica, un haz de luz cambia de dirección al pasar de un medio a otro.
2. Cuando un haz de luz pasa por un medio con mayor densidad óptica, el ángulo de refracción es menor que el ángulo de incidencia; cuando un haz de luz pasa de un medio ópticamente más denso a un medio menos denso, el ángulo de refracción es mayor que el ángulo de incidencia.
La refracción de la luz va acompañada de reflexión, y con un aumento en el ángulo de incidencia, el brillo del haz reflejado aumenta, mientras que el refractado se debilita. Esto se puede ver realizando el experimento que se muestra en la figura. En consecuencia, el haz reflejado se lleva consigo cuanto más energía luminosa, mayor es el ángulo de incidencia.
igual al ángulo de reflexión 
.
(1)
(2)
(3)
(5)
Esta ley coincide con la ley de reflexión para ondas de cualquier naturaleza y puede obtenerse como consecuencia del principio de Huygens.
Si n2 = 1 (vacío), entonces 
Clásico teoría electrónica (cf. Dispersión de luz) permite asociar el valor de P. p. con microscópico. características del entorno - electrónico polarizabilidadátomo (o molécula) dependiendo de la naturaleza de los átomos y la frecuencia de la luz, y el medio: donde norte es el número de átomos por unidad de volumen. Actuando sobre un átomo (molécula) eléctrico. campo de la onda de luz provoca un cambio de la óptica. un electrón desde una posición de equilibrio; el átomo se vuelve inducido. momento dipolar que cambia en el tiempo con la frecuencia de la luz incidente, y es una fuente de ondas coherentes secundarias, centeno. al interferir con la onda incidente en el medio, forman la onda de luz resultante que se propaga en el medio con velocidad de fase, y por lo tanto
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