Урок 25/III-1 Разпространение на светлината в различни среди. Пречупване на светлината на границата между две среди.

Учене на нов материал.

Досега разглеждахме разпространението на светлината в една среда, както обикновено - във въздуха. Светлината може да се разпространява в различни среди: да се премества от една среда в друга; В местата на падане лъчите не само се отразяват от повърхността, но и частично преминават през нея. Такива преходи предизвикват много красиви и интересни явления.

Промяната на посоката на разпространение на светлината, преминаваща през границата на две среди, се нарича пречупване на светлината.

Част от светлинния лъч, падащ върху интерфейса между две прозрачни среди, се отразява, а част преминава в другата среда. В този случай посоката на светлинния лъч, преминал в друга среда, се променя. Затова явлението се нарича пречупване, а лъчът – пречупен.

1 – падащ лъч

2 – отразен лъч

3 – пречупен лъч α β

OO 1 – интерфейс между две медии

MN - перпендикуляр O O 1

Ъгълът, образуван от лъча и перпендикуляр на границата между две среди, спуснат до точката на падане на лъча, се нарича ъгъл на пречупване γ (гама).

Светлината във вакуум се движи със скорост 300 000 km/s. Във всяка среда скоростта на светлината винаги е по-малка, отколкото във вакуум. Следователно, когато светлината преминава от една среда в друга, нейната скорост намалява и това предизвиква пречупване на светлината. Колкото по-ниска е скоростта на разпространение на светлината в дадена среда, толкова по-голяма е оптичната плътност на тази среда. Например, въздухът има по-висока оптична плътност от вакуума, тъй като скоростта на светлината във въздуха е малко по-ниска от тази във вакуум. Оптичната плътност на водата е по-голяма от оптичната плътност на въздуха, тъй като скоростта на светлината във въздуха е по-голяма от тази във водата.

Колкото повече се различават оптичните плътности на две среди, толкова повече светлина се пречупва на тяхната повърхност. Колкото повече се променя скоростта на светлината на границата между две среди, толкова повече тя се пречупва.

За всяко прозрачно вещество има такава важна физическа характеристика като коефициента на пречупване на светлината н.Той показва колко пъти скоростта на светлината в дадено вещество е по-малка от тази във вакуум.

Индекс на пречупване на светлината

Съотношението между ъгъла на падане и ъгъла на пречупване зависи от оптичната плътност на всяка среда. Ако лъч светлина преминава от среда с по-ниска оптична плътност към среда с по-висока оптична плътност, тогава ъгълът на пречупване ще бъде по-малък от ъгъла на падане. Ако лъч светлина идва от среда с по-висока оптична плътност, тогава ъгълът на пречупване ще бъде по-малък от ъгъла на падане. Ако светлинен лъч преминава от среда с по-висока оптична плътност към среда с по-ниска оптична плътност, тогава ъгълът на пречупване е по-голям от ъгъла на падане.

Тоест, ако n 1 γ; ако n 1 >n 2 тогава α<γ.

Закон за пречупване на светлината :

Падащият лъч, пречупеният лъч и перпендикулярът към границата между двете среди в точката на падане на лъча лежат в една и съща равнина.

Връзката между ъгъла на падане и ъгъла на пречупване се определя от формулата.

където е синусът на ъгъла на падане и е синусът на ъгъла на пречупване.

Стойността на синусите и тангенсите за ъгли 0 – 900

Законът за пречупване на светлината е формулиран за първи път от холандския астроном и математик В. Снелиус около 1626 г., професор в Лайденския университет (1613 г.).

За 16 век оптиката е ултрамодерна наука.От стъклена топка, пълна с вода, която се използва като леща, възниква лупа. И от него са изобретили телескоп и микроскоп. По това време Холандия се нуждаеше от телескопи, за да види брега и да избяга от враговете си своевременно. Именно оптиката осигури успеха и надеждността на навигацията. Затова в Холандия много учени се интересуваха от оптиката. Холандецът Скел Ван Ройен (Снелиус) наблюдава как тънък лъч светлина се отразява в огледалото. Той измерва ъгъла на падане и ъгъла на отражение и установява: ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане. Той също така притежава законите за отразяване на светлината. Той изведе закона за пречупване на светлината.

Нека разгледаме закона за пречупване на светлината.

Той съдържа относителния коефициент на пречупване на втората среда спрямо първата, в случай че втората има по-висока оптична плътност. Ако светлината се пречупва и преминава през среда с по-ниска оптична плътност, тогава α< γ, тогда

Ако първата среда е вакуум, тогава n 1 =1 тогава .

Този показател се нарича абсолютен индекс на пречупване на втората среда:

където е скоростта на светлината във вакуум, скоростта на светлината в дадена среда.

Следствие от пречупването на светлината в земната атмосфера е фактът, че виждаме Слънцето и звездите малко по-високо от действителното им положение. Пречупването на светлината може да обясни появата на миражи, дъги... явлението пречупване на светлината е в основата на принципа на действие на числените оптични устройства: микроскоп, телескоп, камера.

Пречупването или рефракцията е явление, при което посоката на светлинен лъч или други вълни се променя, когато пресичат границата, разделяща две среди, както прозрачни (пренасящи тези вълни), така и вътре в средата, в която свойствата непрекъснато се променят.

С феномена пречупване се сблъскваме доста често и го възприемаме като ежедневен феномен: можем да видим, че пръчка, разположена в прозрачно стъкло с цветна течност, се „счупва“ в точката на разделяне на въздуха и водата (фиг. 1). Когато светлината се пречупва и отразява по време на дъжд, ние се радваме, когато видим дъга (фиг. 2).

Коефициентът на пречупване е важна характеристика на веществото, свързана с неговите физикохимични свойства. Зависи от температурните стойности, както и от дължината на вълната на светлината, при която се извършва определянето. Според данните за контрол на качеството на разтвора индексът на пречупване се влияе от концентрацията на разтвореното в него вещество, както и от естеството на разтворителя. По-специално, индексът на пречупване на кръвния серум се влияе от количеството протеин, съдържащ се в него.Това се дължи на факта, че при различни скорости на разпространение на светлинните лъчи в среди с различна плътност, посоката им се променя на границата между двете медии. Ако разделим скоростта на светлината във вакуум на скоростта на светлината в изследваното вещество, получаваме абсолютния индекс на пречупване (индекс на пречупване). На практика се определя относителният коефициент на пречупване (n), който е отношението на скоростта на светлината във въздуха към скоростта на светлината в изследваното вещество.

Коефициентът на пречупване се определя количествено с помощта на специален уред - рефрактометър.

Рефрактометрията е един от най-лесните методи за физически анализ и може да се използва в лаборатории за контрол на качеството при производството на химически, хранителни, биологично активни хранителни добавки, козметика и други видове продукти с минимално време и брой проби, които се изследват.

Конструкцията на рефрактометъра се основава на факта, че светлинните лъчи се отразяват напълно, когато преминават през границата на две среди (едната от тях е стъклена призма, другата е тестовият разтвор) (фиг. 3).

От източника (1) светлинен лъч пада върху огледалната повърхност (2), след което, отразявайки се, преминава в горната осветителна призма (3), след това в долната измервателна призма (4), която е изработена от стъкло с висок индекс на пречупване. 1–2 капки от пробата се нанасят между призмите (3) и (4) с помощта на капиляр. За да избегнете механични повреди на призмата, е необходимо да не докосвате нейната повърхност с капиляра.

През окуляра (9) се вижда поле с кръстосани линии за установяване на интерфейса. При движение на окуляра точката на пресичане на полетата трябва да се изравни с интерфейса (фиг. 4).Равнината на призмата (4) играе ролята на интерфейс, върху чиято повърхност се пречупва светлинният лъч. Тъй като лъчите са разпръснати, границата между светлината и сянката се оказва размазана, преливаща. Това явление се елиминира от дисперсионния компенсатор (5). След това лъчът преминава през лещата (6) и призмата (7). Плочата (8) има визирни линии (две прави, кръстосани на кръст), както и скала с показатели на пречупване, която се наблюдава през окуляра (9). От него се изчислява коефициентът на пречупване.

Разделителната линия между границите на полето ще съответства на ъгъла на вътрешно пълно отражение, който зависи от индекса на пречупване на пробата.

Рефрактометрията се използва за определяне на чистотата и автентичността на дадено вещество. Този метод се използва и за определяне на концентрацията на вещества в разтвори по време на контрол на качеството, която се изчислява с помощта на калибровъчна графика (графика, показваща зависимостта на индекса на пречупване на пробата от нейната концентрация).

В KorolevPharm коефициентът на пречупване се определя в съответствие с утвърдената нормативна документация по време на входяща проверка на суровини, в екстракти от собствено производство, както и при освобождаване на готови продукти. Определянето се извършва от квалифицирани служители на акредитирана физико-химическа лаборатория с помощта на рефрактометър IRF-454 B2M.

Ако въз основа на резултатите от входящата проверка на суровините индексът на пречупване не отговаря на необходимите изисквания, отделът за контрол на качеството издава Протокол за несъответствие, въз основа на който тази партида суровини се връща на доставчика. .

Метод на определяне

1. Преди започване на измерванията се проверява чистотата на контактните повърхности на призмите една с друга.

2. Проверка на нулевата точка. Нанесете 2÷3 капки дестилирана вода върху повърхността на измервателната призма и внимателно я покрийте с осветителната призма. Отваряме прозореца за осветление и с помощта на огледало инсталираме източника на светлина в най-интензивната посока. Чрез завъртане на винтовете на окуляра получаваме ясно, рязко разграничение между тъмните и светлите полета в зрителното му поле. Завъртаме винта и насочваме линията на сянката и светлината така, че да съвпада с точката, където линиите се пресичат в горния прозорец на окуляра. На вертикалната линия в долния прозорец на окуляра виждаме желания резултат - коефициентът на пречупване на дестилирана вода при 20 ° C (1,333). Ако показанията са различни, използвайте винта, за да зададете коефициента на пречупване на 1,333, и с помощта на ключ (отстранете регулиращия винт) донесете границата на сянката и светлината до точката, където линиите се пресичат.

3. Определете индекса на пречупване. Повдигаме камерата на осветителната призма и отстраняваме водата с филтърна хартия или марлена салфетка. След това нанесете 1-2 капки от тестовия разтвор върху повърхността на измервателната призма и затворете камерата. Завъртете винтовете, докато границите на сянката и светлината съвпаднат с точката на пресичане на линиите. На вертикалната линия в долния прозорец на окуляра виждаме желания резултат - коефициентът на пречупване на пробата за изследване. Изчисляваме индекса на пречупване с помощта на скалата в долния прозорец на окуляра.

4. С помощта на калибровъчна графика установяваме връзката между концентрацията на разтвора и индекса на пречупване. За да се изгради графика, е необходимо да се приготвят стандартни разтвори с няколко концентрации, като се използват препарати от химически чисти вещества, да се измерят техните индекси на пречупване и да се нанесат получените стойности на ординатната ос и съответните концентрации на разтвори на абсцисната ос. Необходимо е да се изберат интервали на концентрация, при които се наблюдава линейна зависимост между концентрацията и индекса на пречупване. Ние измерваме индекса на пречупване на изследваната проба и използваме графика, за да определим концентрацията му.

Лабораторна работа

Пречупване на светлината. Измерване на коефициента на пречупване на течност

с помощта на рефрактометър

Цел на работата: задълбочаване на разбирането за явлението пречупване на светлината; изучаване на методи за измерване на коефициента на пречупване на течни среди; изучаване на принципа на работа с рефрактометър.

Оборудване: рефрактометър, разтвори на натриев хлорид, пипета, мека кърпа за почистване на оптични части на инструменти.

Теория

Закони за отражение и пречупване на светлината. Индекс на пречупване.

На границата между медиите светлината променя посоката на своето разпространение. Част от светлинната енергия се връща в първата среда, т.е. светлината се отразява. Ако втората среда е прозрачна, тогава част от светлината при определени условия преминава през интерфейса между медиите, обикновено променяйки посоката на разпространение. Това явление се нарича пречупване на светлината (Фиг. 1).

Ориз. 1. Отражение и пречупване на светлина върху плоска повърхност между две среди.

Посоката на отразените и пречупените лъчи, когато светлината преминава през плоска повърхност между две прозрачни среди, се определя от законите за отражение и пречупване на светлината.

Закон за отразяване на светлината.Отразеният лъч лежи в същата равнина като падащия лъч и нормалата, възстановена до равнината на разделяне на средата в точката на падане. Ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение .

Законът за пречупване на светлината.Пречупеният лъч лежи в същата равнина като падащия лъч и нормалата, възстановена в равнината на разделяне на средата в точката на падане. Съотношение на синуса на ъгъла на падане α към синуса на ъгъла на пречупване β има постоянна стойност за тези две среди, наречена относителен индекс на пречупване на втората среда по отношение на първата:

Относителен индекс на пречупване две среди е равно на съотношението на скоростта на светлината в първата среда v ​​1 към скоростта на светлината във втората среда v ​​2:

Ако светлината идва от вакуум в среда, тогава индексът на пречупване на средата спрямо вакуума се нарича абсолютен индекс на пречупване на тази среда и е равен на отношението на скоростта на светлината във вакуум сдо скоростта на светлината в дадена среда:

Абсолютните индекси на пречупване винаги са по-големи от единица; за въздух нвзети като едно.

Относителният индекс на пречупване на две среди може да бъде изразен чрез техните абсолютни индекси н 1 И н 2 :

Определяне на коефициента на пречупване на течност

За бързо и удобно определяне на индекса на пречупване на течности има специални оптични инструменти - рефрактометри, основната част от които са две призми (фиг. 2): спомагателни и т.н. 1и измерване Пр.2.Течността, която ще се тества, се излива в пролуката между призмите.

При измерване на индикатори могат да се използват два метода: метод на пасващ лъч (за прозрачни течности) и метод на пълно вътрешно отражение (за тъмни, мътни и цветни разтвори). В тази работа се използва първият от тях.

При метода на пасващия лъч светлината от външен източник преминава през лицето ABпризми Проект 1,разсейва се върху матовата му повърхност ACи след това прониква през слоя на изследваната течност в призмата Пр.2.Матовата повърхност се превръща в източник на лъчи във всички посоки, така че може да се наблюдава през ръба дЕ призми Пр.2.Въпреки това, ръба ACможе да се види през дЕсамо под ъгъл, по-голям от определен минимален ъгъл аз. Големината на този ъгъл е уникално свързана с индекса на пречупване на течността, разположена между призмите, което е основната идея зад дизайна на рефрактометъра.

Помислете за преминаването на светлина през лицето EFдолна измервателна призма Пр.2.Както се вижда от фиг. 2, прилагайки два пъти закона за пречупване на светлината, можем да получим две отношения:

Решавайки тази система от уравнения, е лесно да се стигне до извода, че индексът на пречупване на течността

зависи от четири величини: Q, r, r 1 И аз. Не всички обаче са независими. Например,

r+ с= Р , (4)

Където Р - ъгъл на пречупване на призмата Проект 2. Освен това, като зададете ъгъла Qмаксималната стойност е 90°, от уравнение (1) получаваме:

Но максималната стойност на ъгъла r , както се вижда от фиг. 2 и отношения (3) и (4), минималните стойности на ъглите съответстват аз И r 1 , тези. аз мин И r мин .

По този начин коефициентът на пречупване на течност за случая на „пасващи“ лъчи се свързва само с ъгъла аз. В този случай има минимална стойност на ъгъла аз, когато ръбът ACвсе още се вижда, тоест в зрителното поле изглежда огледално бял. При по-малки ъгли на видимост ръбът не се вижда и в зрителното поле това място изглежда черно. Тъй като телескопът на устройството улавя относително широка ъглова зона, в зрителното поле се наблюдават едновременно светли и черни зони, границата между които съответства на минималния ъгъл на наблюдение и е уникално свързана с индекса на пречупване на течността. Използвайки окончателната формула за изчисление:

(заключението му е пропуснато) и редица течности с известни индекси на пречупване, можете да калибрирате устройството, т.е. да установите уникално съответствие между показателите на пречупване на течности и ъгли аз мин . Всички дадени формули са получени за лъчи с една определена дължина на вълната.

Светлината с различни дължини на вълната ще бъде пречупена, като се вземе предвид дисперсията на призмата. По този начин, когато призмата е осветена с бяла светлина, интерфейсът ще бъде замъглен и оцветен в различни цветове поради дисперсия. Следователно всеки рефрактометър има компенсатор, който елиминира резултата от дисперсията. Може да се състои от една или две призми за директно виждане - призми Amici. Всяка призма Amici се състои от три стъклени призми с различни индекси на пречупване и различна дисперсия, например външните призми са направени от коронно стъкло, а средната е от кремъчно стъкло (кронен стъклото и кремъчното стъкло са видове стъкло). Чрез завъртане на призмата на компенсатора с помощта на специално устройство се постига рязко, безцветно изображение на интерфейса, чиято позиция съответства на стойността на индекса на пречупване на жълтата натриева линия λ =5893 Å (призмите са проектирани така, че лъчите с дължина на вълната 5893 Å не изпитват отклонение).

Лъчите, преминаващи през компенсатора, влизат в обектива на телескопа, след което преминават през обръщащата призма през окуляра на телескопа в окото на наблюдателя. Схематичният път на лъчите е показан на фиг. 3.

Скалата на рефрактометъра е калибрирана в стойностите на индекса на пречупване и концентрацията на разтвора на захароза във вода и се намира във фокалната равнина на окуляра.

експериментална част

Задача 1. Проверка на рефрактометъра.

Насочете светлината с помощта на огледало към спомагателната призма на рефрактометъра. С повдигната спомагателна призма, капнете с пипета няколко капки дестилирана вода върху измервателната призма. Като спуснете спомагателната призма, постигнете най-добро осветяване на зрителното поле и поставете окуляра така, че мерникът и скалата на индекса на пречупване да са ясно видими. Чрез завъртане на камерата на измервателната призма получавате границата на светлината и сянката в зрителното поле. Завъртете главата на компенсатора, докато цветът на границата между светлината и сянката изчезне. Подравнете границата на светлината и сянката с точката на мерника и измерете индекса на пречупване на водата н промяна . Ако рефрактометърът работи правилно, тогава за дестилирана вода стойността трябва да бъде н 0 = 1.333, ако показанията се различават от тази стойност, трябва да се определи изменение Δn= н промяна - 1.333, което трябва да се вземе предвид при по-нататъшна работа с рефрактометъра. Моля, направете корекции в таблица 1.

Маса 1.

Задача 2. Определяне на коефициента на пречупване на течност.

Определете индексите на пречупване на разтвори с известни концентрации, като вземете предвид намерената корекция.

Таблица 2.

Начертайте графика на зависимостта на коефициента на пречупване на разтворите на готварска сол от концентрацията въз основа на получените резултати. Направете заключение за зависимостта на n от C; направете заключения за точността на измерванията с помощта на рефрактометър.

Вземете солен разтвор с неизвестна концентрация СЪС х , определете неговия индекс на пречупване и използвайте графиката, за да намерите концентрацията на разтвора.

Почистете работната зона и внимателно избършете призмите на рефрактометъра с влажна, чиста кърпа.

Контролни въпроси

Отражение и пречупване на светлината.

Абсолютни и относителни показатели на пречупване на средата.

Принципът на работа на рефрактометъра. Метод на плъзгаща се греда.

Схематичен път на лъчите в призма. Защо са необходими компенсаторни призми?

Разпространение, отражение и пречупване на светлината

Природата на светлината е електромагнитна. Едно от доказателствата за това е съвпадението на скоростите на електромагнитните вълни и светлината във вакуум.

В хомогенна среда светлината се разпространява по права линия. Това твърдение се нарича закон за праволинейното разпространение на светлината. Експериментално доказателство за този закон са резките сенки, произведени от точкови източници на светлина.

Геометричната линия, указваща посоката на разпространение на светлината, се нарича светлинен лъч. В изотропна среда светлинните лъчи са насочени перпендикулярно на фронта на вълната.

Геометричното разположение на точките в средата, които се колебаят в една и съща фаза, се нарича вълнова повърхност, а наборът от точки, до които трептенето е достигнало в даден момент от времето, се нарича вълнов фронт. В зависимост от вида на вълновия фронт се разграничават плоски и сферични вълни.

За обяснение на процеса на разпространение на светлината се използва общият принцип на вълновата теория за движението на вълновия фронт в пространството, предложен от холандския физик Х. Хюйгенс. Според принципа на Хюйгенс всяка точка от средата, до която достига светлинното възбуждане, е център на сферични вторични вълни, които също се разпространяват със скоростта на светлината. Повърхността, заобикаляща фронтовете на тези вторични вълни, дава позицията на фронта на действително разпространяващата се вълна в този момент от времето.

Необходимо е да се прави разлика между светлинни лъчи и светлинни лъчи. Светлинният лъч е част от светлинна вълна, която носи светлинна енергия в дадена посока. Когато се заменя светлинен лъч със светлинен лъч, който го описва, последният трябва да се приеме, че съвпада с оста на достатъчно тясна, но в същото време с крайна ширина (размерите на напречното сечение са много по-големи от дължината на вълната) светлина лъч.

Има дивергентни, събиращи се и квазипаралелни светлинни лъчи. Често се използват термините лъч от светлинни лъчи или просто светлинни лъчи, което означава набор от светлинни лъчи, които описват истински светлинен лъч.

Скоростта на светлината във вакуум c = 3 108 m/s е универсална константа и не зависи от честотата. За първи път скоростта на светлината е експериментално определена по астрономическия метод от датския учен О. Рьомер. По-точно, скоростта на светлината е измерена от А. Майкелсън.

В материята скоростта на светлината е по-малка от тази във вакуум. Съотношението на скоростта на светлината във вакуум към нейната скорост в дадена среда се нарича абсолютен индекс на пречупване на средата:

където c е скоростта на светлината във вакуум, v е скоростта на светлината в дадена среда. Абсолютните показатели на пречупване на всички вещества са по-големи от единица.

Когато светлината се разпространява през среда, тя се абсорбира и разсейва, а на границата между медиите се отразява и пречупва.

Законът за отражение на светлината: падащият лъч, отразеният лъч и перпендикулярът към границата между две среди, възстановен в точката на падане на лъча, лежат в една и съща равнина; ъгълът на отражение g е равен на ъгъла на падане a (фиг. 1). Този закон съвпада със закона за отражение на вълни от всякакво естество и може да се получи като следствие от принципа на Хюйгенс.

Законът за пречупване на светлината: падащият лъч, пречупеният лъч и перпендикулярът към границата между две среди, възстановен в точката на падане на лъча, лежат в една и съща равнина; съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване за дадена честота на светлината е постоянна стойност, наречена относителен индекс на пречупване на втората среда спрямо първата:

Експериментално установеният закон за пречупване на светлината е обяснен на базата на принципа на Хюйгенс. Според вълновите концепции пречупването е следствие от промените в скоростта на разпространение на вълната при преминаване от една среда в друга, а физическият смисъл на относителния индекс на пречупване е съотношението на скоростта на разпространение на вълните в първата среда v1 към скоростта на тяхното разпространение във втората среда

За среди с абсолютни показатели на пречупване n1 и n2, относителният индекс на пречупване на втората среда спрямо първата е равен на съотношението на абсолютния показател на пречупване на втората среда към абсолютния индекс на пречупване на първата среда:

Средата с по-висок коефициент на пречупване се нарича оптически по-плътна, скоростта на разпространение на светлината в нея е по-ниска. Ако светлината преминава от оптически по-плътна среда към оптически по-малко плътна, то при определен ъгъл на падане a0 ъгълът на пречупване трябва да стане равен на p/2. Интензитетът на пречупения лъч в този случай става равен на нула. Светлината, падаща върху интерфейса между две медии, се отразява напълно от нея.

Ъгълът на падане a0, при който се получава пълно вътрешно отражение на светлината, се нарича граничен ъгъл на пълно вътрешно отражение. При всички ъгли на падане, равни и по-големи от a0, се получава пълно отражение на светлината.

Стойността на граничния ъгъл се намира от връзката Ако n2 = 1 (вакуум), тогава

2 Коефициентът на пречупване на дадено вещество е стойност, равна на отношението на фазовите скорости на светлината (електромагнитни вълни) във вакуум и в дадена среда. Те също така говорят за индекса на пречупване за всякакви други вълни, например звук

Коефициентът на пречупване зависи от свойствата на веществото и дължината на вълната на излъчването; за някои вещества индексът на пречупване се променя доста силно, когато честотата на електромагнитните вълни се променя от ниски честоти към оптични и извън тях, и може също да се промени още по-рязко в определени области от честотната скала. По подразбиране обикновено се отнася до оптичния обхват или обхвата, определен от контекста.

Съществуват оптически анизотропни вещества, при които коефициентът на пречупване зависи от посоката и поляризацията на светлината. Такива вещества са доста често срещани, по-специално всички те са кристали с доста ниска симетрия на кристалната решетка, както и вещества, подложени на механична деформация.

Индексът на пречупване може да се изрази като корен от произведението на магнитната и диелектричната константа на средата

(трябва да се има предвид, че стойностите на магнитната проницаемост и абсолютната диелектрична константа за интересуващия ни честотен диапазон - например оптичен - могат да се различават много от статичната стойност на тези стойности).

За измерване на индекса на пречупване се използват ръчни и автоматични рефрактометри. Когато се използва рефрактометър за определяне на концентрацията на захар във воден разтвор, устройството се нарича захариметър.

Съотношението на синуса на ъгъла на падане () на лъча към синуса на ъгъла на пречупване (), когато лъчът преминава от среда A към среда B, се нарича относителен индекс на пречупване за тази двойка среди.

Величината n е относителният коефициент на пречупване на среда B спрямо среда A, аn" = 1/n е относителният коефициент на пречупване на среда A спрямо среда B.

Тази стойност, при равни други условия, обикновено е по-малка от единица, когато лъчът преминава от по-плътна среда към по-малко плътна среда, и повече от единица, когато лъчът преминава от по-малко плътна среда към по-плътна среда (например от газ или от вакуум към течност или твърдо вещество). Има изключения от това правило и затова е обичайно една среда да се нарича оптически повече или по-малко плътна от друга (да не се бърка с оптичната плътност като мярка за непрозрачността на средата).

Лъч, падащ от безвъздушно пространство върху повърхността на някаква среда B, се пречупва по-силно, отколкото когато пада върху него от друга среда A; Коефициентът на пречупване на лъч, падащ върху среда от безвъздушно пространство, се нарича неговият абсолютен индекс на пречупване или просто индексът на пречупване на дадена среда; това е индексът на пречупване, чиято дефиниция е дадена в началото на статията. Коефициентът на пречупване на всеки газ, включително въздуха, при нормални условия е много по-малък от индекса на пречупване на течности или твърди вещества, следователно приблизително (и с относително добра точност) абсолютният индекс на пречупване може да се съди по индекса на пречупване спрямо въздуха.

Ориз. 3. Принцип на действие на интерферентен рефрактометър. Светлинният лъч се разделя така, че двете му части преминават през кювети с дължина l, пълни с вещества с различни показатели на пречупване. На излизане от кюветите лъчите придобиват определена разлика в пътя и, като се сближат, дават на екрана картина на интерференционни максимуми и минимуми с k порядъка (показано схематично вдясно). Разлика в коефициента на пречупване Dn=n2 –n1 =kl/2, където l е дължината на вълната на светлината.

Рефрактометрите са инструменти, използвани за измерване на индекса на пречупване на веществата. Принципът на работа на рефрактометъра се основава на явлението пълно отражение. Ако разсеян лъч светлина попадне върху границата между две среди с показатели на пречупване и от оптически по-плътна среда, тогава, започвайки от определен ъгъл на падане, лъчите не навлизат във втората среда, а се отразяват напълно от интерфейс в първата среда. Този ъгъл се нарича граничен ъгъл на пълно отражение. Фигура 1 показва поведението на лъчите при попадане в определен поток от тази повърхност. Лъчът идва под изключителен ъгъл. От закона за пречупване можем да определим: , (тъй като).

Големината на граничния ъгъл зависи от относителния индекс на пречупване на двете среди. Ако лъчите, отразени от повърхността, са насочени към събирателна леща, тогава във фокалната равнина на лещата можете да видите границата на светлината и полусянката и позицията на тази граница зависи от стойността на ограничаващия ъгъл и следователно от индексът на пречупване. Промяната в индекса на пречупване на една от средите води до промяна в позицията на интерфейса. Интерфейсът между светлина и сянка може да служи като индикатор при определяне на индекса на пречупване, който се използва в рефрактометрите. Този метод за определяне на индекса на пречупване се нарича метод на пълно отражение

В допълнение към метода на пълно отражение, рефрактометрите използват метода на пасващия лъч. При този метод разсеян лъч светлина удря границата от по-малко оптически плътна среда под всички възможни ъгли (фиг. 2). Плъзгащият се по повърхността лъч () съответства на граничния ъгъл на пречупване (лъчът на фиг. 2). Ако поставим леща на пътя на лъчите (), пречупени на повърхността, тогава във фокалната равнина на лещата също ще видим рязка граница между светлина и сянка.

Тъй като условията, определящи стойността на ограничителния ъгъл, са еднакви и при двата метода, позицията на интерфейса е една и съща. И двата метода са еквивалентни, но методът на пълно отражение ви позволява да измервате индекса на пречупване на непрозрачни вещества

Пътят на лъчите в триъгълна призма

Фигура 9 показва напречно сечение на стъклена призма с равнина, перпендикулярна на нейните странични ръбове. Лъчът в призмата се отклонява към основата, пречупвайки се в ръбовете OA и 0B. Ъгълът j между тези стени се нарича ъгъл на пречупване на призмата. Ъгълът на отклонение на лъча зависи от ъгъла на пречупване на призматаj, индекса на пречупване n на материала на призмата и ъгъла на паданеa. Може да се изчисли с помощта на закона за пречупване (1.4).

Рефрактометърът използва източник на бяла светлина 3. Поради дисперсията, когато светлината преминава през призми 1 и 2, границата на светлината и сянката се оказва оцветена. За да се избегне това, пред лещата на телескопа се поставя компенсатор 4. Състои се от две еднакви призми, всяка от които е слепена от три призми с различни коефициенти на пречупване. Призмите са избрани така, че да се получи монохроматичен лъч с дължина на вълната = 589.3 цт. (дължина на вълната на натриева жълта линия) не е тестван след преминаване на компенсатора на отклонение. Лъчи с други дължини на вълната се отклоняват от призми в различни посоки. Чрез преместване на призмите на компенсатора с помощта на специална дръжка, ние гарантираме, че границата между светлината и тъмнината става възможно най-ясна.

Светлинните лъчи, преминали през компенсатора, влизат в лещата 6 на телескопа. Изображението на интерфейса светлина-сянка се гледа през окуляра 7 на телескопа. В същото време през окуляра се гледа скала 8. Тъй като граничният ъгъл на пречупване и граничният ъгъл на пълно отражение зависят от индекса на пречупване на течността, стойностите на този индекс на пречупване веднага се отбелязват върху скалата на рефрактометъра .

Оптичната система на рефрактометъра съдържа и въртяща се призма 5. Тя ви позволява да позиционирате оста на телескопа перпендикулярно на призми 1 и 2, което прави наблюдението по-удобно.

Индекс на пречупване

Индекс на пречупваневещества - количество, равно на съотношението на фазовите скорости на светлината (електромагнитни вълни) във вакуум и в дадена среда. Също така понякога се говори за коефициент на пречупване за всякакви други вълни, например звук, въпреки че в случаи като последния дефиницията, разбира се, трябва да бъде модифицирана по някакъв начин.

Коефициентът на пречупване зависи от свойствата на веществото и дължината на вълната на излъчването; за някои вещества индексът на пречупване се променя доста силно, когато честотата на електромагнитните вълни се променя от ниски честоти към оптични и извън тях, и може също да се промени още по-рязко в определени области от честотната скала. По подразбиране обикновено се отнася до оптичния обхват или обхвата, определен от контекста.

Връзки

• RefractiveIndex.INFO база данни с индекс на пречупване

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е „индекс на пречупване“ в други речници:

Относително на две среди n21, безразмерно съотношение на скоростите на разпространение на оптичното лъчение (c светлина) в първата (c1) и втората (c2) среда: n21 = c1/c2. В същото време се отнася. P. p. е отношението на синусите на g l a p a d e n i j и y g l ... ... Физическа енциклопедия

Вижте индекс на пречупване...

Вижте индекс на пречупване. * * * ИНДЕКС НА ПРЕЛЪПЛЕНИЕ Индекс на пречупване, вижте индекс на пречупване (вижте ИНДЕКС НА ПРЕЛЪПЛЕНИЕ) ... енциклопедичен речник- ПОКАЗАТЕЛ НА ПРЕЛЪПЛЕНИЕ, величина, характеризираща средата и равна на отношението на скоростта на светлината във вакуум към скоростта на светлината в средата (абсолютен показател на пречупване). Коефициентът на пречупване n зависи от диелектрика e и магнитната проницаемост m... ... Илюстрован енциклопедичен речник

- (виж ИНДЕКС НА ПРЕФРАКЦИЯ). Физически енциклопедичен речник. М.: Съветска енциклопедия. Главен редактор А. М. Прохоров. 1983 г. ... Физическа енциклопедия

Вижте индекс на пречупване... Велика съветска енциклопедия

Съотношението на скоростта на светлината във вакуум към скоростта на светлината в среда (абсолютен индекс на пречупване). Относителният индекс на пречупване на 2 среди е съотношението на скоростта на светлината в средата, от която светлината пада върху интерфейса, към скоростта на светлината във втората... ... Голям енциклопедичен речник

ИНДЕКС НА ПРЕФРАКЦИЯ(индекс на пречупване) - optical. характеристика на средата, свързана с пречупване на светлинатана границата между две прозрачни оптически хомогенни и изотропни среди по време на прехода от една среда в друга и поради разликата във фазовите скорости на разпространение на светлината в средата. Стойността на P. p. е равна на съотношението на тези скорости. роднина

П. стр. на тези среди. Ако светлината пада върху втората или първата среда от (където е скоростта на светлината с), след това количествата абсолютен pp от тези средни стойности. В този случай законът за пречупване може да бъде записан във формата където и са ъглите на падане и пречупване.

Големината на абсолютния коефициент на мощност зависи от природата и структурата на веществото, неговото агрегатно състояние, температура, налягане и т.н. При високи интензитети коефициентът на мощност зависи от интензитета на светлината (виж. нелинейна оптика). В редица вещества P. се променя под въздействието на външни влияния. електрически полета ( Ефект на Кер- в течности и газове; електрооптичен Ефект на Pockels- в кристали).

За дадена среда абсорбционната лента зависи от дължината на светлинната вълна l, а в областта на абсорбционните ленти тази зависимост е аномална (виж фиг. Светлинна дисперсия).При рентген. област, факторът на мощността за почти всички среди е близо до 1, във видимата област за течности и твърди вещества е около 1,5; в IR областта за редица прозрачни среди 4.0 (за Ge).

Лит.: Landsberg G.S., Оптика, 5 изд., М., 1976; Сивухин Д.В., Общ курс, 2-ро изд., [том. 4] - Оптика, М., 1985. В. И. Малишев,