La cursul de fizică din clasa a VIII-a, ați învățat despre fenomenul refracției luminii. Acum știți că lumina sunt unde electromagnetice dintr-un anumit interval de frecvență. Pe baza cunoștințelor despre natura luminii, puteți înțelege cauza fizică a refracției și puteți explica multe alte fenomene luminoase asociate cu aceasta.

Orez. 141. Trecând dintr-un mediu în altul, raza este refractă, adică schimbă direcția de propagare

Conform legii refracției luminii (Fig. 141):

  • razele incidente, refractate și perpendiculare trase la interfața dintre două medii în punctul de incidență al razei se află în același plan; raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă pentru aceste două medii

unde n 21 este indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul.

Dacă fasciculul trece în orice mediu din vid, atunci

unde n este indicele de refracție absolut (sau pur și simplu indicele de refracție) al celui de-al doilea mediu. În acest caz, primul „mediu” este vidul, a cărui valoare absolută este luată ca unitate.

Legea refracției luminii a fost descoperită experimental de omul de știință olandez Willebord Snellius în 1621. Legea a fost formulată într-un tratat de optică, care a fost găsit în lucrările omului de știință după moartea sa.

După descoperirea lui Snell, mai mulți oameni de știință au emis ipoteza că refracția luminii se datorează unei modificări a vitezei acesteia la trecerea prin limita a două medii. Validitatea acestei ipoteze a fost confirmată de dovezi teoretice efectuate independent de matematicianul francez Pierre Fermat (în 1662) și de fizicianul olandez Christiaan Huygens (în 1690). Au ajuns la același rezultat în moduri diferite, demonstrând asta

  • raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă pentru aceste două medii, egală cu raportul vitezelor luminii în aceste medii:

(3)

Din ecuația (3) rezultă că, dacă unghiul de refracție β este mai mic decât unghiul de incidență a, atunci lumina cu o anumită frecvență în al doilea mediu se propagă mai lent decât în ​​primul, adică V 2

Relația dintre cantitățile incluse în ecuația (3) a servit drept motiv convingător pentru apariția unei alte formulări pentru definirea indicelui relativ de refracție:

  • indicator relativ Refracția celui de-al doilea mediu față de primul se numește mărime fizică egală cu raportul vitezelor luminii în aceste medii:

n 21 = v 1 / v 2 (4)

Lasă un fascicul de lumină să treacă dintr-un vid într-un mediu. Înlocuind v1 în ecuația (4) cu viteza luminii în vid c, și v 2 cu viteza luminii într-un mediu v, obținem ecuația (5), care este definiția indicelui de refracție absolut:

  • Indicele de refracție absolut al unui mediu este o mărime fizică egală cu raportul dintre viteza luminii în vid și viteza luminii într-un mediu dat:

Conform ecuațiilor (4) și (5), n 21 arată de câte ori se modifică viteza luminii atunci când trece dintr-un mediu în altul și n - când trece de la vid în mediu. Acesta este sensul fizic al indicilor de refracție.

Valoarea indicelui absolut de refracție n al oricărei substanțe este mai mare decât unu (acest lucru este confirmat de datele conținute în tabelele cărților de referință fizice). Apoi, conform ecuației (5), c/v > 1 și c > v, adică viteza luminii în orice substanță este mai mică decât viteza luminii în vid.

Fără a da justificări stricte (sunt complexe și greoaie), observăm că motivul scăderii vitezei luminii în timpul trecerii acesteia de la vid la materie este interacțiunea undei luminoase cu atomii și moleculele materiei. Cu cât densitatea optică a unei substanțe este mai mare, cu atât este mai puternică această interacțiune, cu atât viteza luminii este mai mică și indicele de refracție este mai mare. Astfel, viteza luminii într-un mediu și indicele absolut de refracție sunt determinate de proprietățile acestui mediu.

Pe baza valorilor numerice ale indicilor de refracție ai substanțelor, se pot compara densitățile optice ale acestora. De exemplu, indici de refracție soiuri diferite ochelarii variază de la 1,470 la 2,040, iar indicele de refracție al apei este de 1,333. Aceasta înseamnă că sticla este un mediu optic mai dens decât apa.

Să ne întoarcem la Figura 142, cu ajutorul căreia putem explica de ce la limita a două medii, cu o modificare a vitezei, se modifică și direcția de propagare a undei luminoase.

Orez. 142. Când undele luminoase trec din aer în apă, viteza luminii scade, partea frontală a undei și, odată cu ea, viteza sa, își schimbă direcția

Figura prezintă o undă luminoasă care trece din aer în apă și incidentă pe interfața dintre aceste medii sub un unghi a. În aer, lumina se deplasează cu o viteză v 1, iar în apă cu o viteză mai mică v 2.

Punctul A al undei ajunge primul la graniță. Într-o perioadă de timp Δt, punctul B, mișcându-se în aer cu aceeași viteză v 1, va ajunge la punctul B." În același timp, punctul A, deplasându-se în apă cu o viteză mai mică v 2, va parcurge o distanță mai scurtă. , ajungând doar la punctul A." În acest caz, așa-numitul front al undei AB din apă va fi rotit la un anumit unghi față de frontul undei AB din aer. Iar vectorul viteză (care este întotdeauna perpendicular pe frontul undei și coincide cu direcția de propagare a acesteia) se rotește, apropiindu-se de linia dreaptă OO", perpendicular pe interfața dintre medii. În acest caz, unghiul de refracție β se dovedește a fi mai mic decât unghiul de incidență α. Așa are loc refracția luminii.

Din figură reiese, de asemenea, clar că atunci când se deplasează într-un alt mediu și se rotește frontul de undă, lungimea de undă se schimbă și: la trecerea într-un mediu optic mai dens, viteza scade, și lungimea de undă scade (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.

Întrebări

  1. Care dintre cele două substanțe este optic mai densă?
  2. Cum sunt determinați indicii de refracție prin viteza luminii în medii?
  3. Unde călătorește lumina cu cea mai mare viteză?
  4. Care este motivul fizic pentru scăderea vitezei luminii atunci când aceasta trece de la vid la mediu sau de la un mediu cu o valoare mai mică? densitate optica miercuri cu mai mult?
  5. Ce determină (adică de ce depinde) indicele absolut de refracție al unui mediu și viteza luminii în acesta?
  6. Spuneți-ne ce ilustrează Figura 142.

Exercițiu

Procesele care sunt asociate cu lumina sunt o componentă importantă a fizicii și ne înconjoară peste tot în viața noastră de zi cu zi. Cele mai importante în această situație sunt legile reflexiei și refracției luminii, pe care se bazează optica modernă. Refracția luminii este o parte importantă a științei moderne.

Efect de distorsiune

Acest articol vă va spune care este fenomenul refracției luminii, precum și cum arată legea refracției și ce decurge din aceasta.

Bazele unui fenomen fizic

Când un fascicul cade pe o suprafață care este separată de două substanțe transparente care au densități optice diferite (de exemplu, pahare diferite sau în apă), unele dintre raze vor fi reflectate, iar altele vor pătrunde în a doua structură (de exemplu, se vor propaga în apă sau sticlă). Când trece de la un mediu la altul, o rază își schimbă de obicei direcția. Acesta este fenomenul de refracție a luminii.
Reflexia și refracția luminii sunt vizibile în special în apă.

Efect de distorsiune în apă

Privind lucrurile în apă, ele par distorsionate. Acest lucru este vizibil mai ales la limita dintre aer și apă. Din punct de vedere vizual, obiectele subacvatice par a fi ușor deviate. Fenomenul fizic descris este tocmai motivul pentru care toate obiectele apar distorsionate în apă. Când razele lovesc sticla, acest efect este mai puțin vizibil.
Refracția luminii este un fenomen fizic care se caracterizează printr-o schimbare a direcției de mișcare a unei raze solare în momentul în care aceasta se deplasează dintr-un mediu (structură) în altul.
Pentru a ne îmbunătăți înțelegerea acestui proces, luați în considerare un exemplu de rază care lovește apa din aer (în mod similar pentru sticlă). Prin trasarea unei linii perpendiculare de-a lungul interfeței, se poate măsura unghiul de refracție și întoarcerea fasciculului de lumină. Acest indice (unghiul de refracție) se va modifica pe măsură ce debitul pătrunde în apă (în interiorul paharului).
Notă! Acest parametru este înțeles ca unghiul format de o perpendiculară trasă la separarea a două substanțe atunci când o grindă pătrunde de la prima structură la a doua.

Pasajul fasciculului

Același indicator este tipic pentru alte medii. Hotărât că acest indicator depinde de densitatea substanței. Dacă fasciculul cade de la o structură mai puțin densă la o structură mai densă, atunci unghiul de distorsiune creat va fi mai mare. Și dacă este invers, atunci este mai puțin.
În același timp, o modificare a pantei declinului va afecta și acest indicator. Dar relația dintre ei nu rămâne constantă. În același timp, raportul sinusurilor lor va rămâne o valoare constantă, care se reflectă prin următoarea formulă: sinα / sinγ = n, unde:

  • n este o valoare constantă care este descrisă pentru fiecare substanță specifică (aer, sticlă, apă etc.). Prin urmare, care va fi această valoare poate fi determinată folosind tabele speciale;
  • α – unghi de incidență;
  • γ – unghiul de refracție.

Pentru a determina acest lucru fenomen fizicși a fost creată legea refracției.

Legea fizică

Legea refracției fluxurilor de lumină ne permite să determinăm caracteristicile substanțelor transparente. Legea în sine constă din două prevederi:

  • Prima parte. Fasciculul (incident, modificat) și perpendiculara, care a fost restabilită în punctul de incidență pe limita, de exemplu, a aerului și apei (sticlă etc.), vor fi situate în același plan;
  • A doua parte. Raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul aceluiași unghi format la trecerea graniței va fi o valoare constantă.

Descrierea legii

Mai mult decât atât, în momentul în care fasciculul iese din a doua structură în prima (de exemplu, la trecere flux luminos din aer, prin sticlă și înapoi în aer), va apărea și un efect de distorsiune.

Un parametru important pentru diferite obiecte

Principalul indicator în această situație este raportul dintre sinusul unghiului de incidență și un parametru similar, dar pentru distorsiune. După cum rezultă din legea descrisă mai sus, acest indicator este o valoare constantă.
Mai mult, atunci când valoarea pantei de declin se modifică, aceeași situație va fi tipică pentru un indicator similar. Acest parametru are mare importanță, deoarece este o caracteristică integrală a substanțelor transparente.

Indicatori pentru diferite obiecte

Datorită acestui parametru, puteți distinge destul de eficient între tipurile de sticlă, precum și diferite pietre prețioase. De asemenea, este important pentru determinarea vitezei luminii în diverse medii.

Notă! Cea mai mare viteză flux luminos - în vid.

Când treceți de la o substanță la alta, viteza acesteia va scădea. De exemplu, în diamant, care are cel mai mare indice de refracție, viteza de propagare a fotonului va fi de 2,42 ori mai mare decât cea a aerului. În apă, se vor răspândi de 1,33 ori mai încet. Pentru tipuri diferite sticlă acest parametru variază de la 1,4 la 2,2.

Notă! Unii ochelari au un indice de refracție de 2,2, care este foarte apropiat de diamant (2,4). Prin urmare, nu este întotdeauna posibil să distingem o bucată de sticlă de un diamant adevărat.

Densitatea optică a substanțelor

Lumina poate pătrunde prin diferite substanțe, care se caracterizează prin densități optice diferite. După cum am spus mai devreme, folosind această lege puteți determina densitatea caracteristică a mediului (structurii). Cu cât este mai dens, cu atât este mai mică viteza cu care lumina se va propaga prin ea. De exemplu, sticla sau apa vor fi mai dens din punct de vedere optic decât aerul.
Pe lângă faptul că acest parametru este o valoare constantă, reflectă și raportul vitezei luminii în două substanțe. Sensul fizic poate fi afișat ca următoarea formulă:

Acest indicator arată cum se modifică viteza de propagare a fotonilor atunci când se deplasează de la o substanță la alta.

Un alt indicator important

Când un flux de lumină se mișcă prin obiecte transparente, polarizarea lui este posibilă. Se observă în timpul trecerii unui flux luminos din medii izotrope dielectrice. Polarizarea are loc atunci când fotonii trec prin sticlă.

Efect de polarizare

Polarizarea parțială se observă atunci când unghiul de incidență a fluxului luminos la limita a doi dielectrici diferă de zero. Gradul de polarizare depinde de care au fost unghiurile de incidență (legea lui Brewster).

Reflecție internă completă

Încheind scurta noastră excursie, este încă necesar să considerăm un astfel de efect drept o reflecție internă completă.

Fenomenul de afișare completă

Pentru ca acest efect să apară, este necesară creșterea unghiului de incidență a fluxului luminos în momentul trecerii acestuia de la un mediu mai dens la unul mai puțin dens la interfața dintre substanțe. Într-o situație în care acest parametru depășește o anumită valoare limită, atunci fotonii incidenti la limita acestei secțiuni vor fi reflectați complet. De fapt, acesta va fi fenomenul nostru dorit. Fără ea, era imposibil să se producă fibră optică.

Concluzie

Aplicarea practică a comportamentului fluxului luminos a dat foarte mult, creând o varietate de dispozitive tehnice pentru a ne îmbunătăți viața. În același timp, lumina nu și-a dezvăluit încă toate posibilitățile omenirii și potențialul ei practic nu a fost încă pe deplin realizat.


Cum să faci o lampă de hârtie cu propriile mâini
Cum se verifică performanța unei benzi LED

PENTRU PRELEGA Nr. 24

„METODE INSTRUMENTALE DE ANALIZĂ”

REFRACTOMETRIE.

Literatură:

1. V.D. Ponomarev " Chimie analitică» 1983 246-251

2. A.A. Ișcenko „Chimie analitică” 2004 p. 181-184

REFRACTOMETRIE.

Refractometria este una dintre cele mai simple metode fizice de analiză la un cost cantitate minima a analitului și se efectuează într-un timp foarte scurt.

Refractometrie- o metoda bazata pe fenomenul de refractie sau refractie i.e. schimbarea direcției de propagare a luminii la trecerea de la un mediu la altul.

Refracția, precum și absorbția luminii, este o consecință a interacțiunii sale cu mediul. Cuvântul refractometrie înseamnă măsurare refracția luminii, care este estimată prin valoarea indicelui de refracție.

Valoarea indicelui de refracție n depinde

1) privind compoziția substanțelor și sistemelor,

2) din fapt în ce concentrare și ce molecule întâlnește fasciculul de lumină pe calea sa, pentru că molecule expuse la lumină diferite substanțe polarizat diferit. Pe această dependență se bazează metoda refractometrică.

Această metodă are o serie de avantaje, drept urmare a găsit o largă aplicație atât în ​​cercetarea chimică, cât și în controlul proceselor tehnologice.

1) Măsurarea indicilor de refracție este un proces foarte simplu care se realizează cu acuratețe și cu timp și cantitate minimă de substanță.

2) De obicei, refractometrele oferă o precizie de până la 10% în determinarea indicelui de refracție al luminii și a conținutului de analit

Metoda refractometriei este utilizată pentru a controla autenticitatea și puritatea, pentru a identifica substanțe individuale și pentru a determina structura compușilor organici și anorganici atunci când se studiază soluțiile. Refractometria este utilizată pentru a determina compoziția soluțiilor bicomponente și pentru sistemele ternare.

Bazele fizice metodă

INDICE DE REFRACTIVITATE.

Abaterea unei raze de lumină de la direcția inițială atunci când trece de la un mediu la altul, cu atât este mai mare mai multa diferentaîn viteza de propagare a luminii în doi



aceste medii.

Să luăm în considerare refracția unui fascicul de lumină la limita oricăror două medii transparente I și II (vezi Fig.). Să fim de acord că mediul II are o putere de refracție mai mare și, prin urmare, n 1Și n 2- arată refracția mediilor corespunzătoare. Dacă mediul I nu este vid sau aer, atunci raportul dintre unghiul sin de incidență al fasciculului de lumină și unghiul sin de refracție va da valoarea indicelui de refracție relativ n rel. Valoare n rel. poate fi definit și ca raportul indicilor de refracție ai mediilor luate în considerare.

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

Valoarea indicelui de refracție depinde de

1) natura substanţelor

Natura unei substanțe în acest caz este determinată de gradul de deformabilitate al moleculelor sale sub influența luminii - gradul de polarizabilitate. Cu cât polarizabilitatea este mai intensă, cu atât refracția luminii este mai puternică.

2)lungimea de undă a luminii incidente

Măsurarea indicelui de refracție este efectuată la o lungime de undă a luminii de 589,3 nm (linia D a spectrului de sodiu).

Dependența indicelui de refracție de lungimea de undă a luminii se numește dispersie. Cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât refracția este mai mare. Prin urmare, razele de lungimi de undă diferite sunt refractate diferit.

3)temperatura , la care se efectuează măsurarea. O condiție prealabilă pentru determinarea indicelui de refracție este conformitatea regim de temperatură. De obicei determinarea se face la 20±0,3 0 C.

Pe măsură ce temperatura crește, indicele de refracție scade pe măsură ce temperatura scade, acesta crește..

Corecția pentru influența temperaturii se calculează folosind următoarea formulă:

n t = n 20 + (20-t) 0,0002, unde

n t – Pa reglator de refractie la temperatura dată,

n 20 - indicele de refracție la 20 0 C

Influența temperaturii asupra valorilor indicilor de refracție ai gazelor și lichidelor este asociată cu valorile coeficienților lor volumetrici de dilatare. Volumul tuturor gazelor și lichidelor crește la încălzire, densitatea scade și, în consecință, indicatorul scade

Indicele de refracție măsurat la 20 0 C și o lungime de undă a luminii de 589,3 nm este desemnat de indice n D 20

Dependența indicelui de refracție al unui sistem omogen cu două componente de starea sa se stabilește experimental prin determinarea indicelui de refracție pentru un număr de sisteme standard (de exemplu, soluții), conținutul componentelor în care este cunoscut.

4) concentrația substanței în soluție.

Pentru multe soluții apoase de substanțe, indicii de refracție la diferite concentrații și temperaturi sunt măsurați în mod fiabil, iar în aceste cazuri pot fi folosite cărți de referință. tabele refractometrice. Practica arată că, cu un conținut de substanță dizolvată care nu depășește 10-20%, împreună cu metoda graficaîn multe cazuri puteți utiliza ecuație liniară tip:

n=n o +FC,

n- indicele de refracție al soluției,

Nu- indicele de refracție al unui solvent pur,

C- concentrația de dizolvat, %

F-coeficient empiric, a cărui valoare se află

prin determinarea indicelui de refracţie al soluţiilor de concentraţie cunoscută.

REFRACTOMETRE.

Refractometrele sunt instrumente folosite pentru a măsura indicele de refracție. Există 2 tipuri de aceste dispozitive: refractometru de tip Abbe și de tip Pulfrich. În ambele cazuri, măsurătorile se bazează pe determinarea unghiului maxim de refracție. În practică, se folosesc refractometre diverse sisteme: laborator-RL, RLU universal etc.

Indicele de refracție al apei distilate este n 0 = 1,33299, dar practic acest indicator este luat ca referință ca n 0 =1,333.

Principiul de funcționare al refractometrelor se bazează pe determinarea indicelui de refracție folosind metoda unghiului limitator (unghi reflexie totală Sveta).

Refractometru portabil

refractometrul Abbe

Acest articol dezvăluie esența unui astfel de concept de optică precum indicele de refracție. Sunt date formule pentru obținerea acestei valori scurtă recenzie aplicarea fenomenului de refracție a undelor electromagnetice.

Vedere și indice de refracție

În zorii civilizației, oamenii și-au pus întrebarea: cum vede ochiul? S-a sugerat că o persoană emite raze care simt obiectele din jur sau, dimpotrivă, toate lucrurile emit astfel de raze. Răspunsul la această întrebare a fost dat în secolul al XVII-lea. Se găsește în optică și are legătură cu ce este indicele de refracție. Reflectând din diferite suprafețe opace și refractând la graniță cu cele transparente, lumina oferă persoanei posibilitatea de a vedea.

Lumină și indice de refracție

Planeta noastră este învăluită în lumina Soarelui. Și tocmai cu natura ondulatorie a fotonilor este asociat un astfel de concept precum indicele de refracție absolut. Propagându-se în vid, un foton nu întâlnește obstacole. Pe planetă, lumina întâlnește multe medii diferite mai dense: atmosfera (un amestec de gaze), apă, cristale. Fiind o undă electromagnetică, fotonii luminii au o viteză de fază în vid (notat c), iar în mediu - altul (notat v). Raportul dintre primul și al doilea este ceea ce se numește indice de refracție absolut. Formula arată astfel: n = c / v.

Viteza fazei

Merită să definiți viteza de fază a mediului electromagnetic. În caz contrar, înțelegeți care este indicele de refracție n, este interzis. Un foton de lumină este un val. Aceasta înseamnă că poate fi reprezentat ca un pachet de energie care oscilează (imaginați-vă un segment de undă sinusoidală). Faza este segmentul sinusoidului prin care trece valul acest moment timp (rețineți că acest lucru este important pentru înțelegerea unei astfel de mărimi precum indicele de refracție).

De exemplu, faza poate fi maximul unei sinusoide sau al unui segment al pantei sale. Viteza de fază a unei unde este viteza cu care se mișcă faza respectivă. După cum explică definiția indicelui de refracție, aceste valori diferă pentru un vid și pentru un mediu. Mai mult, fiecare mediu are propria sa valoare a acestei cantități. Orice compus transparent, indiferent de compoziția sa, are un indice de refracție diferit de toate celelalte substanțe.

Indicele de refracție absolut și relativ

S-a arătat deja mai sus că valoarea absolută este măsurată în raport cu vidul. Cu toate acestea, acest lucru este dificil pe planeta noastră: lumina atinge mai des limita aerului și apei sau cuarțului și spinelului. Pentru fiecare dintre aceste medii, așa cum sa menționat mai sus, indicele de refracție este diferit. În aer, un foton de lumină călătorește de-a lungul unei direcții și are o viteză de fază (v 1), dar când intră în apă, schimbă direcția de propagare și viteza de fază (v 2). Cu toate acestea, ambele direcții se află în același plan. Acest lucru este foarte important pentru înțelegerea modului în care imaginea lumii înconjurătoare se formează pe retina ochiului sau pe matricea camerei. Raportul dintre cele două valori absolute oferă indicele de refracție relativ. Formula arată astfel: n 12 = v 1 / v 2.

Dar dacă lumina, dimpotrivă, iese din apă și intră în aer? Atunci această valoare va fi determinată de formula n 21 = v 2 / v 1. La înmulțirea indicilor relativi de refracție, obținem n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1. Această relație este valabilă pentru orice pereche de medii. Indicele de refracție relativ poate fi găsit din sinusurile unghiurilor de incidență și refracție n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Nu uitați că unghiurile sunt măsurate de la normal la suprafață. O normală este o dreaptă perpendiculară pe suprafață. Adică dacă problemei i se dă un unghi α cade relativ la suprafața însăși, atunci trebuie să calculăm sinusul lui (90 - α).

Frumusețea indicelui de refracție și aplicațiile sale

Într-o zi calmă și însorită, reflexiile se joacă pe fundul lacului. Gheața albastru închis acoperă stânca. Un diamant împrăștie mii de scântei pe mâna unei femei. Aceste fenomene sunt o consecință a faptului că toate limitele mediilor transparente au un indice de refracție relativ. Pe lângă plăcerea estetică, acest fenomen poate fi folosit și pentru aplicații practice.

Iată exemple:

  • O lentilă de sticlă colectează fasciculul lumina soareluiși dă foc ierbii.
  • Raza laser se concentrează asupra organului bolnav și taie țesutul inutil.
  • Lumina soarelui este refractată pe vitraliul antic, creând o atmosferă specială.
  • Un microscop mărește imaginile cu detalii foarte mici.
  • Lentilele spectrofotometre colectează lumina laser reflectată de suprafața substanței studiate. În acest fel, este posibil să înțelegem structura și apoi proprietățile materialelor noi.
  • Există chiar și un proiect pentru un computer fotonic, în care informațiile vor fi transmise nu prin electroni, ca acum, ci prin fotoni. Un astfel de dispozitiv va necesita cu siguranță elemente de refracție.

Lungime de undă

Cu toate acestea, Soarele ne furnizează fotoni nu numai în spectrul vizibil. Intervalele de infraroșu, ultraviolete și raze X nu sunt percepute de vederea umană, dar ne afectează viața. Razele IR ne încălzesc, fotonii UV ionizează straturile superioare ale atmosferei și permit plantelor să producă oxigen prin fotosinteză.

Și ceea ce este egal cu indicele de refracție depinde nu numai de substanțele între care se află granița, ci și de lungimea de undă a radiației incidente. Despre ce valoare exactă vorbim este de obicei clară din context. Adică, dacă cartea examinează razele X și efectul acestora asupra oamenilor, atunci n acolo este definit special pentru acest interval. Dar, de obicei, se înțelege spectrul vizibil al undelor electromagnetice, cu excepția cazului în care se specifică altceva.

Indicele de refracție și reflexie

După cum a reieșit clar din cele scrise mai sus, despre care vorbim despre media transparente. Am dat ca exemple aerul, apa și diamantul. Dar ce zici de lemn, granit, plastic? Există un indice de refracție pentru ei? Răspunsul este complex, dar în general - da.

În primul rând, ar trebui să ne gândim cu ce fel de lumină avem de-a face. Acele medii care sunt opace pentru fotonii vizibili sunt tăiate de raze X sau radiații gamma. Adică, dacă toți am fi supraoameni, atunci întreaga lume din jurul nostru ar fi transparentă pentru noi, dar în grade diferite. De exemplu, pereții de beton nu ar fi mai denși decât jeleul, iar armăturile metalice ar arăta ca bucăți de fructe mai dense.

Pentru alte particule elementare, muonii, planeta noastră este în general transparentă în întregime. La un moment dat, oamenii de știință au avut o mulțime de probleme în a dovedi însuși faptul existenței lor. Milioane de muoni ne străpung în fiecare secundă, dar probabilitatea ca o singură particulă să se ciocnească cu materia este foarte mică și este foarte dificil să detectăm acest lucru. Apropo, Baikal va deveni în curând un loc pentru „prinderea” muonilor. Apa sa adâncă și limpede este ideală pentru asta - mai ales iarna. Principalul lucru este că senzorii nu îngheață. Deci, indicele de refracție al betonului, de exemplu, pentru fotonii cu raze X are sens. Mai mult, iradierea unei substanțe cu raze X este una dintre cele mai precise și importante moduri de a studia structura cristalelor.

De asemenea, merită să ne amintim că, în sens matematic, substanțele care sunt opace pentru un interval dat au un indice de refracție imaginar. În sfârșit, trebuie să înțelegem că temperatura unei substanțe poate afecta și transparența acesteia.

Refracția luminii- un fenomen în care o rază de lumină, care trece dintr-un mediu în altul, își schimbă direcția la limita acestor medii.

Refracția luminii are loc conform următoarei legi:
Razele incidente și refractate și perpendiculara trasă pe interfața dintre cele două medii în punctul de incidență al razei se află în același plan. Raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă pentru două medii:
,
Unde α - unghiu de incidenta,
β - unghiul de refracție,
n - o valoare constantă independentă de unghiul de incidență.

Când se modifică unghiul de incidență, se modifică și unghiul de refracție. Cu cât unghiul de incidență este mai mare, cu atât unghiul de refracție este mai mare.
Dacă lumina provine dintr-un mediu optic mai puțin dens către un mediu mai dens, atunci unghiul de refracție este întotdeauna mai mic decât unghiul de incidență: β < α.
O rază de lumină direcționată perpendicular pe interfața dintre două medii trece de la un mediu la altul fara refractie.

indicele absolut de refracție al unei substanțe- o valoare egală cu raportul vitezelor de fază ale luminii (unde electromagnetice) în vid și într-un mediu dat n=c/v
Mărimea n inclusă în legea refracției se numește indice de refracție relativ pentru o pereche de medii.

Valoarea n este indicele de refracție relativ al mediului B față de mediul A și n" = 1/n este indicele relativ de refracție al mediului A față de mediul B.
Această valoare, cu alte lucruri egale, este mai mare decât unitatea atunci când fasciculul trece de la un mediu mai dens la un mediu mai puțin dens și mai mică decât unitatea când fasciculul trece de la un mediu mai puțin dens la un mediu mai dens (de exemplu, de la un gaz). sau de la vid la un lichid sau solid). Există excepții de la această regulă și, prin urmare, se obișnuiește să se numească un mediu optic mai mult sau mai puțin dens decât altul.
O rază care cade din spațiul fără aer pe suprafața unui mediu B este refractată mai puternic decât atunci când cade pe ea dintr-un alt mediu A; Indicele de refracție al unei raze incidente pe un mediu din spațiul fără aer se numește indicele său absolut de refracție.

(Absolut - relativ la vid.
Relativ - relativ la orice altă substanță (același aer, de exemplu).
Indicatorul relativ a două substanțe este raportul dintre indicatorii lor absoluti.)

Reflecție internă totală- reflexie internă, cu condiția ca unghiul de incidență să depășească un anumit unghi critic. În acest caz, unda incidentă este reflectată complet, iar valoarea coeficientului de reflexie depășește maximul său valori mari pentru suprafete lustruite. Coeficient de reflexie maxim reflexie internă nu depinde de lungimea de undă.

În optică, acest fenomen este observat pe un spectru larg radiatie electromagnetica, inclusiv gama de raze X.

În optica geometrică, fenomenul este explicat în cadrul legii lui Snell. Având în vedere că unghiul de refracție nu poate depăși 90°, obținem că la un unghi de incidență al cărui sinus este mai mare decât raportul dintre indicele de refracție mai mic și indicele mai mare, unde electromagnetice ar trebui să se reflecte pe deplin în prima zi de miercuri.

În conformitate cu teoria undelor a fenomenului, unda electromagnetică încă pătrunde în al doilea mediu - așa-numita „undă neuniformă” se propagă acolo, care se degradează exponențial și nu transportă energie cu ea. Adâncimea caracteristică de pătrundere a unei unde neomogene în al doilea mediu este de ordinul lungimii de undă.

Legile refracției luminii.

Din tot ce s-a spus tragem concluzia:
1 . La interfața dintre două medii de densități optice diferite, o rază de lumină își schimbă direcția atunci când trece de la un mediu la altul.
2. Când un fascicul de lumină trece într-un mediu cu o densitate optică mai mare, unghiul de refracție este mai mic decât unghiul de incidență; Când o rază de lumină trece dintr-un mediu mai dens optic într-un mediu mai puțin dens, unghiul de refracție este mai mare decât unghiul de incidență.
Refracția luminii este însoțită de reflexie, iar odată cu creșterea unghiului de incidență, luminozitatea fasciculului reflectat crește, iar fasciculul refractat slăbește. Acest lucru poate fi văzut prin efectuarea experimentului prezentat în figură. În consecință, fasciculul reflectat poartă cu el mai multă energie luminoasă, cu atât unghiul de incidență este mai mare.

Lăsa MN- interfața dintre două medii transparente, de exemplu, aer și apă, SA- Rază incidentă, OB- raza refractată, - unghiul de incidență, - unghiul de refracție, - viteza de propagare a luminii în primul mediu, - viteza de propagare a luminii în al doilea mediu.