25/III-1 pamoka Šviesos sklidimas įvairiose terpėse. Šviesos lūžimas dviejų terpių sąsajoje.

Naujos medžiagos mokymasis.

Iki šiol svarstydavome apie šviesos sklidimą vienoje terpėje, kaip įprasta – ore. Šviesa gali sklisti įvairiose terpėse: pereiti iš vienos terpės į kitą; kritimo vietose spinduliai ne tik atsispindi nuo paviršiaus, bet ir iš dalies praeina pro jį. Tokie perėjimai sukelia daug gražių ir įdomių reiškinių.

Šviesos, einančios per dviejų terpių ribą, sklidimo krypties pokytis vadinamas šviesos lūžimu.

Dalis šviesos pluošto, patenkančio į sąsają tarp dviejų skaidrių laikmenų, atsispindi, o dalis patenka į kitą terpę. Šiuo atveju keičiasi šviesos pluošto, perėjusio į kitą terpę, kryptis. Todėl reiškinys vadinamas refrakcija, o spindulys – lūžusiu.

1 - krintantis spindulys

2 - atspindėtas spindulys

3 - lūžęs spindulys α β

OO 1 – riba tarp dviejų terpių

MN – statmena O O 1

Kampas, kurį sudaro pluoštas ir statmenas dviejų terpių sąsajai, nuleistas iki pluošto kritimo taško, vadinamas lūžio kampu. γ (gama).

Šviesa vakuume sklinda 300 000 km/s greičiu. Bet kurioje terpėje šviesos greitis visada yra mažesnis nei vakuume. Todėl šviesai pereinant iš vienos terpės į kitą jos greitis mažėja ir tai yra šviesos lūžio priežastis. Kuo mažesnis šviesos sklidimo greitis tam tikroje terpėje, tuo didesnis šios terpės optinis tankis. Pavyzdžiui, oro optinis tankis yra didesnis nei vakuumo, nes šviesos greitis ore yra šiek tiek mažesnis nei vakuume. Vandens optinis tankis yra didesnis už optinį oro tankį, nes šviesos greitis ore yra didesnis nei vandenyje.

Kuo labiau skiriasi dviejų terpių optinis tankis, tuo daugiau šviesos lūžta jų sąsajoje. Kuo daugiau šviesos greitis keičiasi dviejų terpių sąsajoje, tuo labiau ji lūžta.

Kiekvienai skaidriai medžiagai yra tokia svarbi fizinė charakteristika kaip šviesos lūžio rodiklis n. Tai rodo, kiek kartų šviesos greitis tam tikroje medžiagoje yra mažesnis nei vakuume.

Lūžio rodiklis

Kritimo kampo ir lūžio kampo santykis priklauso nuo kiekvienos terpės optinio tankio. Jei šviesos spindulys pereina iš terpės, kurios optinis tankis mažesnis į terpę, kurios optinis tankis didesnis, tada lūžio kampas bus mažesnis už kritimo kampą. Jei šviesos spindulys praeina iš terpės, kurios optinis tankis didesnis, tada lūžio kampas bus mažesnis už kritimo kampą. Jei šviesos spindulys pereina iš didesnio optinio tankio terpės į terpę, kurios optinis tankis mažesnis, tai lūžio kampas yra didesnis už kritimo kampą.

Tai yra, jei n 1 γ; jei n 1 >n 2, tai α<γ.

Šviesos lūžio dėsnis :

Krintantis spindulys, lūžęs spindulys ir statmenas sąsajai tarp dviejų terpių pluošto kritimo taške yra toje pačioje plokštumoje.

Kritimo kampo ir lūžio kampo santykiai nustatomi pagal formulę.

kur kritimo kampo sinusas, yra lūžio kampo sinusas.

Sinusų ir liestinių reikšmė kampams nuo 0 iki 900

Šviesos lūžio dėsnį pirmasis apie 1626 m. suformulavo olandų astronomas ir matematikas W. Snelius, Leideno universiteto profesorius (1613 m.).

16 amžiuje optika buvo itin modernus mokslas.Iš stiklinio rutulio, pripildyto vandens, kuris buvo naudojamas kaip objektyvas, iškilo didinamasis stiklas. Ir iš jo jie išrado žvalgybos stiklą ir mikroskopą. Tuo metu Nyderlandams reikėjo teleskopų, kad galėtų apžiūrėti pakrantę ir laiku pabėgti nuo priešų. Būtent optika užtikrino navigacijos sėkmę ir patikimumą. Todėl Olandijoje daug mokslininkų domėjosi optika. Olandas Skelis Van Rojenas (Snelius) stebėjo, kaip veidrodyje atsispindi plonas šviesos spindulys. Jis išmatavo kritimo kampą ir atspindžio kampą ir nustatė, kad atspindžio kampas yra lygus kritimo kampui. Jam taip pat priklauso šviesos atspindžio dėsniai. Jis išvedė šviesos lūžimo dėsnį.

Apsvarstykite šviesos lūžio dėsnį.

Jame - santykinis antrosios terpės lūžio rodiklis, palyginti su pirmąja, tuo atveju, kai antroji turi didelį optinį tankį. Jei šviesa lūžta ir praeina per terpę, kurios optinis tankis mažesnis, tada α< γ, тогда

Jei pirmoji terpė yra vakuumas, tai n 1 =1 tada .

Šis indeksas vadinamas absoliučiu antrosios terpės lūžio rodikliu:

kur yra šviesos greitis vakuume, šviesos greitis tam tikroje terpėje.

Šviesos lūžio Žemės atmosferoje pasekmė yra tai, kad Saulę ir žvaigždes matome šiek tiek aukščiau jų tikrosios padėties. Šviesos lūžimu galima paaiškinti miražų, vaivorykštių atsiradimą... šviesos lūžio reiškinys yra skaitmeninių optinių prietaisų veikimo principo pagrindas: mikroskopas, teleskopas, kamera.

Refrakcija arba refrakcija – tai reiškinys, kai šviesos pluošto ar kitų bangų kryptis pasikeičia, kai jos kerta dvi terpes – skaidrias (perduodančias šias bangas), ir terpėje, kurios savybės nuolat kinta. .

Su refrakcijos reiškiniu susiduriame gana dažnai ir suvokiame jį kaip įprastą reiškinį: matome, kad permatomame stikle esantis pagaliukas su spalvotu skysčiu „lūžta“ toje vietoje, kur atsiskiria oras ir vanduo (1 pav.). Kai per lietų šviesa lūžta ir atsispindi, džiaugiamės pamatę vaivorykštę (2 pav.).

Lūžio rodiklis yra svarbi medžiagos savybė, susijusi su jos fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis. Tai priklauso nuo temperatūros verčių, taip pat nuo šviesos bangų, kurioms esant atliekamas nustatymas, bangos ilgio. Remiantis tirpalo kokybės kontrolės duomenimis, lūžio rodikliui įtakos turi jame ištirpusios medžiagos koncentracija, taip pat tirpiklio pobūdis. Visų pirma kraujo serumo lūžio rodikliui įtakos turi jame esančio baltymo kiekis.Taip yra dėl to, kad esant skirtingiems šviesos spindulių sklidimo greičiams skirtingo tankio terpėse, jų kryptis kinta dviejų terpių sąsajoje. . Jei šviesos greitį vakuume padalinsime iš šviesos greičio tiriamoje medžiagoje, gausime absoliutų lūžio rodiklį (lūžio rodiklį). Praktikoje nustatomas santykinis lūžio rodiklis (n), kuris yra šviesos greičio ore ir šviesos greičio tiriamoje medžiagoje santykis.

Lūžio rodiklis kiekybiškai įvertinamas naudojant specialų prietaisą – refraktometrą.

Refraktometrija yra vienas iš paprasčiausių fizikinės analizės metodų ir gali būti naudojamas kokybės kontrolės laboratorijose cheminių, maisto, biologiškai aktyvių maisto papildų, kosmetikos ir kitų rūšių produktų gamyboje su minimaliu laiko ir tirtinų mėginių skaičiumi.

Refraktometro konstrukcija remiasi tuo, kad šviesos spinduliai visiškai atsispindi, kai jie praeina per dviejų terpių ribą (viena iš jų yra stiklo prizmė, kita - tiriamasis tirpalas) (3 pav.).

Iš šaltinio (1) šviesos spindulys krenta ant veidrodžio paviršiaus (2), tada, atsispindėjęs, pereina į viršutinę šviečiančiąją prizmę (3), tada į apatinę matavimo prizmę (4), pagamintą iš stiklo. su dideliu lūžio rodikliu. Tarp prizmių (3) ir (4) kapiliaru užlašinami 1–2 lašai mėginio. Kad prizmė nebūtų pažeista mechaniniu būdu, jos paviršiaus reikia neliesti kapiliaru.

Okuliaras (9) mato lauką su perbrauktomis linijomis, kad būtų galima nustatyti sąsają. Judinant okuliarą, laukų susikirtimo taškas turi būti sulygintas su sąsaja (4 pav.) Sąsajos vaidmenį atlieka prizmės plokštuma (4), kurios paviršiuje lūžta šviesos spindulys. Kadangi spinduliai yra išsklaidyti, šviesos ir šešėlio riba pasirodo neryški, vaivorykštė. Šį reiškinį pašalina dispersijos kompensatorius (5). Tada spindulys praleidžiamas per objektyvą (6) ir prizmę (7). Plokštelėje (8) yra stebėjimo potėpiai (dvi tiesios linijos, sukryžiuotos skersai), taip pat skalė su lūžio rodikliais, kuri stebima okuliare (9). Jis naudojamas lūžio rodikliui apskaičiuoti.

Lauko ribų skiriamoji linija atitiks vidinio bendro atspindžio kampą, kuris priklauso nuo mėginio lūžio rodiklio.

Refraktometrija naudojama medžiagos grynumui ir autentiškumui nustatyti. Šiuo metodu taip pat nustatoma medžiagų koncentracija tirpaluose kokybės kontrolės metu, kuri apskaičiuojama iš kalibravimo grafiko (grafiko, rodančio mėginio lūžio rodiklio priklausomybę nuo jo koncentracijos).

KorolevPharm lūžio rodiklis nustatomas pagal patvirtintą norminę dokumentaciją, kai gaunama žaliavų kontrolė, mūsų pačių produkcijos ekstraktuose, taip pat gaminant gatavus produktus. Nustatymą atlieka kvalifikuoti akredituotos fizikinės ir cheminės laboratorijos darbuotojai, naudodami refraktometrą IRF-454 B2M.

Jeigu, remiantis žaliavų įvedimo kontrolės rezultatais, lūžio rodiklis neatitinka būtinų reikalavimų, kokybės kontrolės skyrius surašo neatitikties aktą, kurio pagrindu ši žaliavų partija grąžinama Tiekėjas.

Nustatymo metodas

1. Prieš pradedant matavimus, patikrinama tarpusavyje besiliečiančių prizmių paviršių švara.

2. Nulinio taško patikrinimas. Ant matavimo prizmės paviršiaus užlašinkite 2÷3 lašus distiliuoto vandens, atsargiai uždarykite šviečiančia prizme. Atidarykite apšvietimo langą ir, naudodami veidrodį, nustatykite šviesos šaltinį intensyviausia kryptimi. Sukdami okuliaro varžtus gauname aiškų, ryškų skirtumą tarp tamsių ir šviesių laukų jo matymo lauke. Sukame varžtą ir nukreipiame šešėlio ir šviesos liniją taip, kad ji sutaptų su tašku, kuriame linijos susikerta viršutiniame okuliaro lange. Ant vertikalios linijos apatiniame okuliaro lange matome norimą rezultatą – 20 °C temperatūroje distiliuoto vandens lūžio rodiklį (1,333). Jei rodmenys skiriasi, varžtukui nustatykite lūžio rodiklį iki 1,333, o rakto pagalba (nuimkite reguliavimo varžtą) šešėlio ir šviesos kraštą privedame iki linijų susikirtimo taško.

3. Nustatykite lūžio rodiklį. Pakelkite prizmės apšvietimo kamerą ir nuimkite vandenį filtravimo popieriumi arba marlės servetėle. Tada ant matavimo prizmės paviršiaus užlašinkite 1–2 lašus tiriamojo tirpalo ir uždarykite kamerą. Sukame varžtus, kol šešėlio ir šviesos ribos sutampa su linijų susikirtimo tašku. Ant vertikalios linijos apatiniame okuliaro lange matome norimą rezultatą – tiriamojo mėginio lūžio rodiklį. Lūžio rodiklį apskaičiuojame apatiniame okuliaro langelyje esančioje skalėje.

4. Naudodami kalibravimo grafiką nustatome ryšį tarp tirpalo koncentracijos ir lūžio rodiklio. Norint sudaryti grafiką, reikia paruošti kelių koncentracijų etaloninius tirpalus naudojant chemiškai grynų medžiagų preparatus, išmatuoti jų lūžio rodiklius ir gautas vertes nubraižyti ordinačių ašyje, o atitinkamas tirpalų koncentracijas – ant abscisių ašies. Būtina pasirinkti koncentracijos intervalus, kuriuose stebimas tiesinis ryšys tarp koncentracijos ir lūžio rodiklio. Išmatuojame tiriamojo mėginio lūžio rodiklį ir pagal grafiką nustatome jo koncentraciją.

Laboratoriniai darbai

Šviesos refrakcija. Skysčio lūžio rodiklio matavimas

su refraktometru

Darbo tikslas: idėjų apie šviesos lūžio reiškinį gilinimas; skystų terpių lūžio rodiklio matavimo metodų tyrimas; refraktometro veikimo principo tyrimas.

Įranga: refraktometras, druskos tirpalai, pipetė, minkštas audinys optinėms prietaisų dalims valyti.

teorija

Šviesos atspindžio ir lūžio dėsniai. lūžio rodiklis.

Sąsajoje tarp terpių šviesa keičia savo sklidimo kryptį. Dalis šviesos energijos grįžta į pirmąją terpę, t.y. šviesa atsispindi. Jei antroji terpė yra skaidri, tai dalis šviesos tam tikromis sąlygomis praeina per sąsają tarp terpės, keisdama, kaip taisyklė, sklidimo kryptį. Šis reiškinys vadinamas šviesos lūžimu. (1 pav.).

Ryžiai. 1. Šviesos atspindys ir lūžis plokščioje dviejų terpių sąsajoje.

Atsispindėjusių ir lūžusių spindulių kryptis, kai šviesa praeina per plokščią dviejų skaidrių terpių sąsają, nustatoma pagal šviesos atspindžio ir lūžio dėsnius.

Šviesos atspindžio dėsnis. Atsispindėjęs spindulys yra toje pačioje plokštumoje kaip ir krintantis spindulys, o normalus kritimo taške atkuriamas į sąsajos plokštumą. Kritimo kampas lygus atspindžio kampui .

Šviesos lūžio dėsnis. Lūžęs spindulys yra toje pačioje plokštumoje kaip ir krintantis spindulys, o normalus atstatomas į sąsajos plokštumą kritimo taške. Kritimo kampo sinuso santykis α į lūžio kampo sinusą β yra pastovi šių dviejų terpių reikšmė, vadinama santykiniu antrosios terpės lūžio rodikliu pirmosios atžvilgiu:

Santykinis lūžio rodiklis dvi terpės yra lygios šviesos greičio pirmoje terpėje v 1 ir šviesos greičio antroje terpėje santykiui v 2:

Jei šviesa iš vakuumo pereina į terpę, tai terpės lūžio rodiklis vakuumo atžvilgiu vadinamas absoliučiu šios terpės lūžio rodikliu ir yra lygus šviesos greičio vakuume santykiui. Su iki šviesos greičio tam tikroje terpėje v:

Absoliutus lūžio rodiklis visada yra didesnis už vieną; už orą n imamas kaip vienetas.

Dviejų terpių santykinis lūžio rodiklis gali būti išreikštas jų absoliučiais rodikliais n 1 Ir n 2 :

Skysčio lūžio rodiklio nustatymas

Greitam ir patogiam skysčių lūžio rodiklio nustatymui yra specialūs optiniai instrumentai - refraktometrai, kurių pagrindinė dalis yra dvi prizmės (2 pav.): pagalbinė. ir kt. 1 ir matavimas Ex 2. Tiriamasis skystis pilamas į tarpą tarp prizmių.

Matuojant indikatorius, galima naudoti du metodus: graižančio pluošto metodą (skirti skaidriems skysčiams) ir viso vidinio atspindžio metodą (tamsiems, drumstiems ir spalvotiems tirpalams). Šiame darbe naudojamas pirmasis iš jų.

Taikant ganymo spindulio metodą, šviesa iš išorinio šaltinio praeina per veidą AB prizmės Ex 1, išsisklaido ant savo matinio paviršiaus AC o paskui per tiriamo skysčio sluoksnį prasiskverbia į prizmę Ex 2. Matinis paviršius tampa spindulių šaltiniu iš visų pusių, todėl jį galima stebėti per veidą EF prizmės Ex 2. Tačiau linija AC galima matyti kiaurai EF tik kampu, didesniu už kokį nors ribinį minimalų kampą i. Šio kampo vertė yra vienareikšmiškai susijusi su skysčio, esančio tarp prizmių, lūžio rodikliu, kuris bus pagrindinė refraktometro konstrukcijos idėja.

Apsvarstykite šviesos praėjimą per veidą EF apatinė matavimo prizmė Ex 2. Kaip matyti iš fig. 2, taikydami dvigubą šviesos lūžio dėsnį, galime gauti du ryšius:

Sprendžiant šią lygčių sistemą, nesunku prieiti prie išvados, kad skysčio lūžio rodiklis

priklauso nuo keturių kiekių: K, r, r 1 Ir i. Tačiau ne visi jie yra nepriklausomi. Pavyzdžiui,

r+ s= R , (4)

Kur R - prizmės lūžio kampas Ex 2. Be to, nustatant kampą K didžiausia vertė yra 90°, iš (1) lygties gauname:

Tačiau didžiausia kampo vertė r , kaip matyti iš pav. 2 ir santykiai (3) ir (4) atitinka minimalias kampų vertes i Ir r 1 , tie. i min Ir r min .

Taigi skysčio lūžio rodiklis „slystančių“ spindulių atveju yra susijęs tik su kampu i. Šiuo atveju yra minimali kampo vertė i, kai kraštas AC vis dar stebimas, t.y., regėjimo lauke, atrodo, kad jis yra veidrodinis baltas. Esant mažesniems žiūrėjimo kampams, krašto nesimato, o matymo lauke ši vieta atrodo juoda. Kadangi prietaiso teleskopas fiksuoja gana plačią kampinę zoną, matymo lauke vienu metu stebimi šviesūs ir juodi plotai, kurių riba atitinka minimalų stebėjimo kampą ir yra vienareikšmiškai susijusi su skysčio lūžio rodikliu. Naudojant galutinę skaičiavimo formulę:

(jos išvada praleista) ir daug skysčių, kurių lūžio rodikliai žinomi, galima kalibruoti įrenginį, t.y. nustatyti skysčių lūžio rodiklių ir kampų atitiktį vienas su vienu. i min . Visos aukščiau pateiktos formulės yra išvestos bet kurio bangos ilgio spinduliams.

Skirtingo bangos ilgio šviesa bus lūžta, atsižvelgiant į prizmės sklaidą. Taigi, kai prizmė apšviečiama balta šviesa, sąsaja dėl dispersijos bus neryški ir nuspalvinta skirtingomis spalvomis. Todėl kiekvienas refraktometras turi kompensatorių, leidžiantį pašalinti dispersijos rezultatą. Jį gali sudaryti viena arba dvi tiesioginio matymo prizmės – Amici prizmės. Kiekviena Amici prizmė susideda iš trijų stiklinių prizmių su skirtingais lūžio rodikliais ir skirtingomis dispersijomis, pavyzdžiui, išorinės prizmės pagamintos iš vainikinio stiklo, o vidurinė – iš titnaginio stiklo (karūninis stiklas ir titnaginis stiklas yra stiklo rūšys). Specialaus prietaiso pagalba pasukus kompensatoriaus prizmę, gaunamas ryškus bespalvis sąsajos vaizdas, kurio padėtis atitinka geltonos natrio linijos lūžio rodiklio reikšmę. λ \u003d 5893 Å (prizmės suprojektuotos taip, kad spinduliai, kurių bangos ilgis yra 5893 Å, nepatirtų jose nukrypimų).

Spinduliai, praėję per kompensatorių, patenka į teleskopo objektyvą, o tada pro reversinę prizmę pro teleskopo okuliarą patenka į stebėtojo akį. Scheminė spindulių eiga parodyta fig. 3.

Refraktometro skalė yra kalibruojama pagal lūžio rodiklį ir sacharozės tirpalo koncentraciją vandenyje ir yra okuliaro židinio plokštumoje.

eksperimentinė dalis

Užduotis 1. Refraktometro patikrinimas.

Nukreipkite šviesą veidrodžiu į pagalbinę refraktometro prizmę. Kai pagalbinė prizmė pakelta, pipete į matavimo prizmę įlašinkite kelis lašus distiliuoto vandens. Nuleisdami antrinę prizmę, pasiekite geriausią regėjimo lauko apšvietimą ir nustatykite okuliarą taip, kad būtų aiškiai matomas kryželis ir lūžio rodiklio skalė. Sukdami matavimo prizmės kamerą, matymo lauke gaukite šviesos ir šešėlio ribą. Sukdami kompensatoriaus galvutę, pašalinkite šviesos ir šešėlio ribos spalvą. Sulygiuokite šviesos ir šešėlio kraštą su kryžminiu tašku ir išmatuokite vandens lūžio rodiklį n ism . Jei refraktometras veikia, distiliuoto vandens vertė turėtų būti tokia n 0 = 1.333, jei rodmenys skiriasi nuo šios vertės, turite nustatyti pataisą Δn= n ism - 1.333, į kurį vėliau reikėtų atsižvelgti dirbant su refraktometru. Pataisykite 1 lentelę.

1 lentelė.

2 užduotis. Skysčio lūžio rodiklio nustatymas.

Atsižvelgdami į rastą pataisą, nustatykite žinomų koncentracijų tirpalų lūžio rodiklius.

2 lentelė.

Pagal gautus rezultatus nubraižykite natrio chlorido tirpalų lūžio rodiklio priklausomybę nuo koncentracijos. Padarykite išvadą apie n priklausomybę nuo C; padaryti išvadas apie matavimų tikslumą refraktometru.

Paimkite nežinomos koncentracijos druskos tirpalą SU x , nustatyti jo lūžio rodiklį ir iš grafiko rasti tirpalo koncentraciją.

Išvalykite darbo vietą, kruopščiai nuvalykite refraktometrų prizmes drėgna švaria šluoste.

Kontroliniai klausimai

Šviesos atspindys ir lūžis.

Absoliutieji ir santykiniai terpės lūžio rodikliai.

Refraktometro veikimo principas. Stumdomos sijos metodas.

Scheminė spindulių eiga prizmėje. Kam reikalingos kompensatoriaus prizmės?

Šviesos sklidimas, atspindys ir lūžis

Šviesos prigimtis yra elektromagnetinė. Vienas iš to įrodymų – elektromagnetinių bangų ir šviesos greičių vakuume sutapimas.

Vienalytėje terpėje šviesa sklinda tiesia linija. Šis teiginys vadinamas tiesinio šviesos sklidimo dėsniu. Eksperimentinis šio dėsnio įrodymas yra taškinių šviesos šaltinių suteikiami aštrūs šešėliai.

Geometrinė linija, nurodanti šviesos sklidimo kryptį, vadinama šviesos pluoštu. Izotropinėje terpėje šviesos spinduliai nukreipiami statmenai bangos frontui.

Toje pačioje fazėje svyruojančios terpės taškų lokusas vadinamas bangos paviršiumi, o taškų, į kuriuos svyravimas pasiekė tam tikrą laiko tašką, aibė vadinama bangos frontu. Priklausomai nuo bangos fronto tipo, išskiriamos plokštumos ir sferinės bangos.

Šviesos sklidimo procesui paaiškinti naudojamas olandų fiziko H. Huygenso pasiūlytas bendrasis bangų teorijos principas apie bangos fronto judėjimą erdvėje. Pagal Huygenso principą kiekvienas terpės taškas, kurį pasiekia šviesos sužadinimas, yra sferinių antrinių bangų, kurios taip pat sklinda šviesos greičiu, centras. Šių antrinių bangų frontų paviršiaus gaubtas suteikia faktiškai sklindančios bangos priekio padėtį tuo momentu.

Būtina atskirti šviesos pluoštus ir šviesos spindulius. Šviesos spindulys yra šviesos bangos dalis, kuri neša šviesos energiją tam tikra kryptimi. Keičiant šviesos spindulį jį apibūdinančiu šviesos pluoštu, pastarasis turi sutapti su gana siauro, bet baigtinio pločio (skerspjūvio matmenys daug didesni už bangos ilgį) šviesos pluošto ašimi.

Yra besiskiriantys, susiliejantys ir beveik lygiagrečiai šviesos pluoštai. Dažnai vartojami terminai šviesos spindulių pluoštas arba tiesiog šviesos spinduliai, reiškiantys šviesos spindulių rinkinį, apibūdinantį tikrą šviesos spindulį.

Šviesos greitis vakuume c = 3 108 m/s yra universali konstanta ir nepriklauso nuo dažnio. Pirmą kartą šviesos greitį eksperimentiškai astronominiu metodu nustatė danų mokslininkas O. Römeris. A. Michelsonas tiksliau išmatavo šviesos greitį.

Šviesos greitis medžiagoje yra mažesnis nei vakuume. Šviesos greičio vakuume ir jos greičio tam tikroje terpėje santykis vadinamas absoliučiu terpės lūžio rodikliu:

čia c – šviesos greitis vakuume, v – šviesos greitis tam tikroje terpėje. Visų medžiagų absoliutus lūžio rodiklis yra didesnis už vienetą.

Kai šviesa sklinda terpėje, ji sugeriama ir išsisklaido, o terpės sąsajoje atsispindi ir lūžta.

Šviesos atspindžio dėsnis: krintantis spindulys, atsispindėjęs spindulys ir statmenas dviejų terpių sąsajai, atkurtas spindulio kritimo taške, yra toje pačioje plokštumoje; atspindžio kampas g lygus kritimo kampui a (1 pav.). Šis dėsnis sutampa su bet kokio pobūdžio bangų atspindžio dėsniu ir gali būti gautas kaip Huygenso principo pasekmė.

Šviesos lūžio dėsnis: krintantis pluoštas, lūžęs spindulys ir statmenas dviejų terpių sąsajai, atkurtas spindulio kritimo taške, yra toje pačioje plokštumoje; kritimo kampo sinuso ir lūžio kampo sinuso santykis tam tikram šviesos dažniui yra pastovi vertė, vadinama antrosios terpės santykiniu lūžio rodikliu, palyginti su pirmąja:

Eksperimentiškai nustatytas šviesos lūžio dėsnis paaiškinamas remiantis Huygenso principu. Remiantis bangų samprata, refrakcija yra bangos sklidimo greičio pasikeitimo pereinant iš vienos terpės į kitą pasekmė, o santykinio lūžio rodiklio fizinė reikšmė yra bangos sklidimo greičio pirmojoje terpėje v1 santykis su jų sklidimo antroje terpėje greitis

Terpės, kurių absoliutūs lūžio rodikliai n1 ir n2, antrosios terpės santykinis lūžio rodiklis, palyginti su pirmąja, yra lygus antrosios terpės absoliutaus lūžio rodiklio ir pirmosios terpės absoliutaus lūžio rodiklio santykiui:

Didesnį lūžio rodiklį turinti terpė vadinama optiškai tankesne, šviesos sklidimo greitis joje mažesnis. Jei šviesa pereina iš optiškai tankesnės terpės į optiškai mažiau tankią, tai esant tam tikram kritimo kampui a0 lūžio kampas turėtų tapti lygus p/2. Lūžusio pluošto intensyvumas šiuo atveju tampa lygus nuliui. Šviesa, patenkanti į sąsają tarp dviejų laikmenų, visiškai atsispindi nuo jos.

Kritimo kampas a0, kuriame atsiranda visiškas vidinis šviesos atspindys, vadinamas viso vidinio atspindžio ribiniu kampu. Visais kritimo kampais, lygus a0 arba didesnis, atsiranda visiškas šviesos atspindys.

Ribinio kampo reikšmė randama iš ryšio Jei n2 = 1 (vakuumas), tai

2 Medžiagos lūžio rodiklis yra reikšmė, lygi šviesos fazių greičių (elektromagnetinių bangų) santykiui vakuume ir tam tikroje terpėje. Jie taip pat kalba apie bet kokių kitų bangų, pavyzdžiui, garso, lūžio rodiklį

Lūžio rodiklis priklauso nuo medžiagos savybių ir spinduliuotės bangos ilgio, kai kurioms medžiagoms lūžio rodiklis gana stipriai pakinta, kai elektromagnetinių bangų dažnis keičiasi iš žemų dažnių į optines ir toliau, taip pat gali pasikeisti dar staigiau tam tikrose. dažnių skalės sritis. Numatytasis paprastai yra optinis diapazonas arba diapazonas, nustatytas pagal kontekstą.

Yra optiškai anizotropinių medžiagų, kurių lūžio rodiklis priklauso nuo šviesos krypties ir poliarizacijos. Tokios medžiagos yra gana dažnos, visų pirma, tai visi kristalai, kurių kristalinės gardelės simetrija yra pakankamai maža, taip pat medžiagos, kurios veikia mechaninę deformaciją.

Lūžio rodiklis gali būti išreikštas kaip terpės magnetinio ir laidumo sandaugos šaknis

(reikia atsižvelgti į tai, kad dominančio dažnių diapazono, pavyzdžiui, optinio, magnetinio pralaidumo ir absoliutaus pralaidumo indekso vertės gali labai skirtis nuo šių verčių statinės vertės).

Lūžio rodikliui matuoti naudojami rankiniai ir automatiniai refraktometrai. Naudojant refraktometrą cukraus koncentracijai vandeniniame tirpale nustatyti, prietaisas vadinamas sacharimetru.

Spindulio kritimo kampo () sinuso ir lūžio kampo sinuso () santykis pluoštui pereinant iš terpės A į terpę B vadinamas santykiniu šios terpių poros lūžio rodikliu.

Dydis n yra santykinis terpės B lūžio rodiklis terpės A atžvilgiu, an" = 1/n yra terpės A santykinis lūžio rodiklis terpės B atžvilgiu.

Ši vertė, ceteris paribus, paprastai yra mažesnė už vienetą, kai spindulys pereina iš tankesnės terpės į mažiau tankią terpę, ir daugiau nei vienetas, kai pluoštas pereina iš mažiau tankios terpės į tankesnę terpę (pavyzdžiui, iš dujų arba iš vakuumo į skystą arba kietą ). Yra šios taisyklės išimčių, todėl įprasta terpę optiškai vadinti daugiau ar mažiau tankia už kitą (nepainioti su optiniu tankiu, kaip terpės neskaidrumo matu).

Iš beorės erdvės į vienos terpės B paviršių krintantis spindulys lūžta stipriau nei krintant ant jo iš kitos terpės A; spindulio, patenkančio į terpę iš beorės erdvės, lūžio rodiklis vadinamas jo absoliučiu lūžio rodikliu arba tiesiog šios terpės lūžio rodikliu, tai yra lūžio rodiklis, kurio apibrėžimas pateiktas straipsnio pradžioje. Bet kokių dujų, įskaitant orą, lūžio rodiklis normaliomis sąlygomis yra daug mažesnis nei skysčių ar kietųjų medžiagų lūžio rodikliai, todėl apytiksliai (ir gana gerai) apie absoliutųjį lūžio rodiklį galima spręsti pagal lūžio rodiklį oro atžvilgiu.

Ryžiai. 3. Interferencinio refraktometro veikimo principas. Šviesos spindulys padalintas taip, kad dvi jo dalys praeina per l ilgio kiuvetes, užpildytas skirtingo lūžio rodiklio medžiagomis. Išėjus iš ląstelės spinduliai įgauna tam tikrą kelio skirtumą ir, sujungę, ekrane pateikia trukdžių maksimumų ir minimumų vaizdą su k eilėmis (schemiškai parodyta dešinėje). Lūžio rodiklių skirtumas Dn=n2 –n1 =kl/2, kur l – šviesos bangos ilgis.

Refraktometrai yra prietaisai, naudojami medžiagų lūžio rodikliui matuoti. Refraktometro veikimo principas pagrįstas visiško atspindžio reiškiniu. Jei išsklaidytas šviesos spindulys krinta ant dviejų terpių su lūžio rodikliais sąsajos ir iš optiškai tankesnės terpės, tai, pradedant nuo tam tikro kritimo kampo, spinduliai nepatenka į antrąją terpę, o visiškai atsispindi nuo sąsajos. pirmoji terpė. Šis kampas vadinamas ribiniu viso atspindžio kampu. 1 paveiksle parodytas spindulių elgesys, kai jie patenka į tam tikrą šio paviršiaus srovę. Spindulys eina ribojančiu kampu. Pagal lūžio dėsnį galite nustatyti:, (nes).

Ribinis kampas priklauso nuo dviejų terpių santykinio lūžio rodiklio. Jei nuo paviršiaus atsispindintys spinduliai nukreipiami į susiliejantį lęšį, tai lęšio židinio plokštumoje matoma šviesos ir pusiausvyros riba, o šios ribos padėtis priklauso nuo ribinio kampo reikšmės, taigi. , dėl lūžio rodiklio. Pakeitus vienos iš laikmenų lūžio rodiklį, pasikeičia sąsajos padėtis. Riba tarp šviesos ir šešėlio gali būti rodiklis nustatant lūžio rodiklį, kuris naudojamas refraktometruose. Šis lūžio rodiklio nustatymo metodas vadinamas visuminio atspindžio metodu.

Be viso atspindžio metodo, refraktometruose naudojamas ganymo pluošto metodas. Taikant šį metodą, išsklaidytas šviesos spindulys patenka į ribą iš mažiau optiškai tankios terpės visais įmanomais kampais (2 pav.). Slydimas išilgai paviršiaus (), atitinka - ribinį lūžio kampą (spindulys 2 pav.). Jei įdėsime lęšį į paviršių lūžusių spindulių () kelią, tai objektyvo židinio plokštumoje taip pat pamatysime ryškią ribą tarp šviesos ir šešėlio.

Kadangi sąlygos, lemiančios ribinio kampo reikšmę, abiejuose metoduose yra vienodos, sąsajos padėtis yra ta pati. Abu metodai yra lygiaverčiai, tačiau viso atspindžio metodas leidžia išmatuoti nepermatomų medžiagų lūžio rodiklį

Spindulių kelias trikampėje prizmėje

9 paveiksle pavaizduota stiklinės prizmės pjūvis su plokštuma, statmena jos šoniniams kraštams. Prizmėje esantis spindulys nukrypsta į pagrindą, lūždamas ant paviršių OA ir 0B. Kampas j tarp šių paviršių vadinamas prizmės lūžio kampu. Spindulio įlinkio kampas q priklauso nuo prizmės lūžio kampo j, prizmės medžiagos lūžio rodiklio n ir kritimo kampo a. Jį galima apskaičiuoti taikant lūžio dėsnį (1.4).

Refraktometras naudoja baltos šviesos šaltinį 3. Dėl dispersijos, kai šviesa praeina per prizmes 1 ir 2, riba tarp šviesos ir šešėlio pasirodo esanti spalvota. Kad to išvengtumėte, prieš teleskopo lęšį dedamas kompensatorius 4. Jis susideda iš dviejų vienodų prizmių, kurių kiekviena yra suklijuota iš trijų prizmių su skirtingu lūžio rodikliu. Prizmės parenkamos taip, kad būtų monochromatinis pluoštas, kurio bangos ilgis = 589,3 µm. (geltonos natrio linijos bangos ilgis) nebuvo išbandytas pravažiavus įlinkio kompensatorių. Kito bangos ilgio spinduliai prizmių nukreipiami įvairiomis kryptimis. Specialios rankenos pagalba judinant kompensatoriaus prizmes, riba tarp šviesos ir tamsos tampa kuo aiškesnė.

Šviesos spinduliai, praėję pro kompensatorių, patenka į teleskopo lęšį 6. Šviesos ir šešėlio sąsajos vaizdas matomas per teleskopo okuliarą 7. Tuo pačiu metu per okuliarą matoma skalė 8. Kadangi ribinis lūžio kampas ir ribinis viso atspindžio kampas priklauso nuo skysčio lūžio rodiklio, šio lūžio rodiklio reikšmės iš karto vaizduojamos ant refraktometro skalė.

Refraktometro optinėje sistemoje taip pat yra sukamoji prizmė 5. Ji leidžia nustatyti teleskopo ašį statmenai prizmėms 1 ir 2, todėl stebėjimas yra patogesnis.

Lūžio rodiklis

Lūžio rodiklis medžiagos – reikšmė, lygi šviesos (elektromagnetinių bangų) fazių greičių vakuume ir tam tikroje terpėje santykiui. Taip pat kartais kalbama apie lūžio rodiklį bet kurioms kitoms bangoms, pavyzdžiui, garsui, nors tokiais atvejais kaip pastarasis apibrėžimas, žinoma, turi būti kažkaip pakeistas.

Lūžio rodiklis priklauso nuo medžiagos savybių ir spinduliuotės bangos ilgio, kai kurioms medžiagoms lūžio rodiklis gana stipriai pakinta, kai elektromagnetinių bangų dažnis keičiasi iš žemų dažnių į optines ir toliau, taip pat gali pasikeisti dar staigiau tam tikrose. dažnių skalės sritis. Numatytasis paprastai yra optinis diapazonas arba diapazonas, nustatytas pagal kontekstą.

Nuorodos

• RefractiveIndex.INFO lūžio rodiklių duomenų bazė

Wikimedia fondas. 2010 m.

Pažiūrėkite, kas yra „lūžio rodiklis“ kituose žodynuose:

Dviejų terpių n21 atžvilgiu optinės spinduliuotės sklidimo greičių (c veta a) bedimensis santykis pirmoje (c1) ir antroje (c2) terpėje: n21=c1/c2. Tuo pačiu nurodo. P. p. yra g ir j kritimo sinusų santykis ir esant g l ... ... Fizinė enciklopedija

Žiūrėkite lūžio rodiklį...

Žiūrėkite lūžio rodiklį. * * * LŪGIO RODYKLĖ LŪŽIO RODYKLĖ, žr. lūžio rodiklį (žr. LŪŽIO RODYKLĮ) … enciklopedinis žodynas- LŪGIO RODYKLĖ, terpę apibūdinanti reikšmė, lygi šviesos greičio vakuume ir šviesos greičio terpėje santykiui (absoliutus lūžio rodiklis). Lūžio rodiklis n priklauso nuo dielektriko e ir magnetinio pralaidumo m ... ... Iliustruotas enciklopedinis žodynas

- (žr. LŪGIO RODIKLIS). Fizinis enciklopedinis žodynas. Maskva: Sovietų enciklopedija. Vyriausiasis redaktorius A. M. Prokhorovas. 1983... Fizinė enciklopedija

Žiūrėti lūžio rodiklį... Didžioji sovietinė enciklopedija

Šviesos greičio vakuume ir šviesos greičio terpėje santykis (absoliutus lūžio rodiklis). Santykinis 2 terpių lūžio rodiklis yra šviesos greičio terpėje, iš kurios šviesa krinta ant sąsajos, santykis su šviesos greičiu antroje ... ... Didysis enciklopedinis žodynas

LŪGIO RODIKLIS(lūžio rodiklis) – optinis. aplinkos charakteristika, susijusi su šviesos lūžis dviejų skaidrių optiškai vienalyčių ir izotropinių terpių sąsajoje jai pereinant iš vienos terpės į kitą ir dėl šviesos sklidimo terpėje fazių greičių skirtumo. P. p. reikšmė, lygi šių greičių santykiui. giminaitis

Šių aplinkų p. Jei šviesa krinta ant antrosios arba pirmosios terpės iš (iš kur šviesos sklidimo greitis Su), tada kiekiai yra šių aplinkų absoliutus P. p. Šiuo atveju lūžio dėsnį galima parašyti tokia forma, kur ir yra kritimo ir lūžio kampai.

Absoliutaus P.p dydis priklauso nuo medžiagos pobūdžio ir struktūros, jos agregacijos būsenos, temperatūros, slėgio ir kt. Esant dideliam intensyvumui, p.p. priklauso nuo šviesos intensyvumo (žr. netiesinė optika). Daugelyje medžiagų P. p. keičiasi veikiant išorinei. elektrinis laukai ( Kerr efektas- skysčiuose ir dujose; elektrooptinis Pockels efektas- kristaluose).

Tam tikros terpės sugerties juosta priklauso nuo šviesos bangos ilgio l, o sugerties juostų srityje ši priklausomybė yra anomali (žr. Šviesos dispersija). Beveik visose terpėse sugerties juosta yra artima 1, o matomoje skysčių ir kietųjų medžiagų srityje – apie 1,5; IR srityje daugeliui skaidrių laikmenų 4.0 (skirta Ge).

Lit.: Landsbergis G. S., Optika, 5 leidimas, M., 1976; Sivukhin D.V., Bendrasis kursas, 2 leidimas, [t. 4] - Optika, M., 1985. V. I. Malyševas,