Lição 25/III-1 Propagação da luz em vários meios. Refração da luz na interface entre dois meios.

Aprendendo novo material.

Até agora, consideramos a propagação da luz em um meio, como de costume - no ar. A luz pode propagar-se em vários meios: passar de um meio para outro; Nos pontos de incidência, os raios não são apenas refletidos na superfície, mas também passam parcialmente por ela. Tais transições causam muitos fenômenos bonitos e interessantes.

Mudar a direção de propagação da luz que passa pela fronteira de dois meios é chamado de refração da luz.

Parte do feixe de luz incidente na interface entre dois meios transparentes é refletida e parte passa para o outro meio. Nesse caso, a direção do feixe de luz que passou para outro meio muda. Portanto, o fenômeno é chamado de refração e o raio é chamado de refratado.

1 – feixe incidente

2 – feixe refletido

3 – raio refratado α β

OO 1 – interface entre duas mídias

MN - perpendicular O O 1

O ângulo formado pelo raio e perpendicular à interface entre dois meios, abaixado até o ponto de incidência do raio, é chamado de ângulo de refração γ (gama).

A luz no vácuo viaja a uma velocidade de 300.000 km/s. Em qualquer meio, a velocidade da luz é sempre menor que no vácuo. Portanto, quando a luz passa de um meio para outro, sua velocidade diminui e isso provoca a refração da luz. Quanto menor for a velocidade de propagação da luz num determinado meio, maior será a densidade óptica deste meio. Por exemplo, o ar tem uma densidade óptica maior que o vácuo, porque a velocidade da luz no ar é ligeiramente menor que no vácuo. A densidade óptica da água é maior que a densidade óptica do ar porque a velocidade da luz no ar é maior do que na água.

Quanto mais diferem as densidades ópticas de dois meios, mais luz é refratada em sua interface. Quanto mais a velocidade da luz muda na interface entre dois meios, mais ela refrata.

Para cada substância transparente existe uma característica física tão importante como o índice de refração da luz n. Mostra quantas vezes a velocidade da luz em uma determinada substância é menor do que no vácuo.

Índice de refração da luz

A relação entre o ângulo de incidência e o ângulo de refração depende da densidade óptica de cada meio. Se um raio de luz passar de um meio com densidade óptica mais baixa para um meio com densidade óptica mais alta, o ângulo de refração será menor que o ângulo de incidência. Se um raio de luz vier de um meio com maior densidade óptica, o ângulo de refração será menor que o ângulo de incidência. Se um raio de luz passa de um meio com maior densidade óptica para um meio com menor densidade óptica, então o ângulo de refração é maior que o ângulo de incidência.

Isto é, se n 1 γ; se n 1 >n 2 então α<γ.

Lei da refração da luz :

O feixe incidente, o feixe refratado e a perpendicular à interface entre os dois meios no ponto de incidência do feixe estão no mesmo plano.

A relação entre o ângulo de incidência e o ângulo de refração é determinada pela fórmula.

onde é o seno do ângulo de incidência e é o seno do ângulo de refração.

O valor dos senos e tangentes para ângulos 0 – 900

A lei da refração da luz foi formulada pela primeira vez pelo astrônomo e matemático holandês W. Snelius por volta de 1626, professor da Universidade de Leiden (1613).

No século XVI, a óptica era uma ciência ultramoderna: de uma bola de vidro cheia de água, que servia de lente, surgiu uma lupa. E a partir dele inventaram um telescópio e um microscópio. Naquela época, a Holanda precisava de telescópios para ver a costa e escapar dos inimigos em tempo hábil. Foi a ótica que garantiu o sucesso e a confiabilidade da navegação. Portanto, na Holanda, muitos cientistas estavam interessados ​​em óptica. O holandês Skel Van Rooyen (Snelius) observou como um fino feixe de luz foi refletido no espelho. Ele mediu o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão e estabeleceu: o ângulo de reflexão é igual ao ângulo de incidência. Ele também possui as leis da reflexão da luz. Ele deduziu a lei da refração da luz.

Vamos considerar a lei da refração da luz.

Contém o índice de refração relativo do segundo meio em relação ao primeiro, no caso em que o segundo possui maior densidade óptica. Se a luz é refratada e passa através de um meio com menor densidade óptica, então α< γ, тогда

Se o primeiro meio for vácuo, então n 1 =1 então .

Este indicador é chamado de índice de refração absoluto do segundo meio:

onde está a velocidade da luz no vácuo, a velocidade da luz em um determinado meio.

Uma consequência da refração da luz na atmosfera terrestre é o fato de vermos o Sol e as estrelas ligeiramente acima de sua posição real. A refração da luz pode explicar o aparecimento de miragens, arco-íris... o fenômeno da refração da luz é a base do princípio de funcionamento dos dispositivos ópticos numéricos: microscópio, telescópio, câmera.

Refração ou refração é um fenômeno no qual a direção de um raio de luz ou de outras ondas muda quando cruzam a fronteira que separa dois meios, ambos transparentes (transmitindo essas ondas) e dentro do meio em que as propriedades mudam continuamente.

Encontramos com frequência o fenômeno da refração e o percebemos como um fenômeno cotidiano: podemos observar que um bastão localizado em um vidro transparente com um líquido colorido está “quebrado” no ponto de separação entre ar e água (Fig. 1). Quando a luz é refratada e refletida durante a chuva, ficamos felizes ao ver um arco-íris (Fig. 2).

O índice de refração é uma característica importante de uma substância associada às suas propriedades físico-químicas. Depende dos valores de temperatura, bem como do comprimento de onda da luz em que a determinação é realizada. De acordo com dados de controle de qualidade em uma solução, o índice de refração é influenciado pela concentração da substância nela dissolvida, bem como pela natureza do solvente. Em particular, o índice de refração do soro sanguíneo é afetado pela quantidade de proteína nele contida. Isso se deve ao fato de que com diferentes velocidades de propagação dos raios de luz em meios com densidades diferentes, sua direção muda na interface entre os dois meios de comunicação. Se dividirmos a velocidade da luz no vácuo pela velocidade da luz na substância em estudo, obteremos o índice de refração absoluto (índice de refração). Na prática, é determinado o índice de refração relativo (n), que é a razão entre a velocidade da luz no ar e a velocidade da luz na substância em estudo.

O índice de refração é determinado quantitativamente usando um dispositivo especial - um refratômetro.

A refratometria é um dos métodos mais fáceis de análise física e pode ser utilizada em laboratórios de controle de qualidade na produção de produtos químicos, alimentícios, aditivos alimentares biologicamente ativos, cosméticos e outros tipos de produtos com o mínimo de tempo e número de amostras testadas.

O projeto do refratômetro é baseado no fato de que os raios de luz são completamente refletidos quando passam pela fronteira de dois meios (um deles é um prisma de vidro, o outro é a solução de teste) (Fig. 3).

Da fonte (1), um feixe de luz incide sobre a superfície do espelho (2), depois, sendo refletido, passa para o prisma de iluminação superior (3), depois para o prisma de medição inferior (4), que é feito de vidro com um alto índice de refração. 1–2 gotas de amostra são aplicadas entre os prismas (3) e (4) usando um capilar. Para evitar danos mecânicos ao prisma, é necessário não tocar sua superfície com o capilar.

Através da ocular (9) é visto um campo com linhas cruzadas para estabelecer a interface. Ao movimentar a ocular, o ponto de intersecção dos campos deve estar alinhado com a interface (Fig. 4).O plano do prisma (4) desempenha o papel de interface, em cuja superfície o feixe de luz é refratado. Como os raios estão dispersos, a fronteira entre a luz e a sombra fica embaçada, iridescente. Este fenômeno é eliminado pelo compensador de dispersão (5). O feixe passa então pela lente (6) e pelo prisma (7). A placa (8) possui linhas de mira (duas retas cruzadas transversalmente), além de uma escala com índices de refração, que são observados através da ocular (9). O índice de refração é calculado a partir dele.

A linha divisória entre os limites do campo corresponderá ao ângulo de reflexão total interna, que depende do índice de refração da amostra.

A refratometria é usada para determinar a pureza e autenticidade de uma substância. Este método também é utilizado para determinar a concentração de substâncias em soluções durante o controle de qualidade, que é calculado por meio de um gráfico de calibração (gráfico que mostra a dependência do índice de refração de uma amostra em sua concentração).

Na KorolevPharm, o índice de refração é determinado de acordo com a documentação regulamentar aprovada durante a inspeção de entrada de matérias-primas, em extratos de nossa própria produção, bem como durante a liberação de produtos acabados. A determinação é feita por funcionários qualificados de laboratório físico e químico credenciado por meio de refratômetro IRF-454 B2M.

Se, com base nos resultados da inspeção de entrada de matérias-primas, o índice de refração não atender aos requisitos necessários, o departamento de controle de qualidade emite um Relatório de Não Conformidade, com base no qual este lote de matérias-primas é devolvido ao fornecedor .

Método de determinação

1. Antes de iniciar as medições, é verificada a limpeza das superfícies dos prismas em contato entre si.

2. Verificação do ponto zero. Aplique 2÷3 gotas de água destilada na superfície do prisma de medição e cubra-o cuidadosamente com o prisma de iluminação. Abrimos a janela de iluminação e, por meio de um espelho, instalamos a fonte de luz na direção mais intensa. Ao girar os parafusos da ocular, obtemos uma distinção clara e nítida entre os campos escuros e claros em seu campo de visão. Giramos o parafuso e direcionamos a linha de sombra e luz para que coincida com o ponto onde as linhas se cruzam na janela superior da ocular. Na linha vertical da janela inferior da ocular vemos o resultado desejado - o índice de refração da água destilada a 20°C (1,333). Se as leituras forem diferentes, use o parafuso para definir o índice de refração para 1,333 e, usando uma chave (remova o parafuso de ajuste), leve o limite de sombra e luz até o ponto onde as linhas se cruzam.

3. Determine o índice de refração. Levantamos a câmara do prisma de iluminação e retiramos a água com papel filtro ou guardanapo de gaze. Em seguida, aplique 1-2 gotas da solução de teste na superfície do prisma de medição e feche a câmara. Gire os parafusos até que os limites da sombra e da luz coincidam com o ponto de intersecção das linhas. Na linha vertical na janela inferior da ocular vemos o resultado desejado - o índice de refração da amostra de teste. Calculamos o índice de refração usando a escala na janela inferior da ocular.

4. Utilizando um gráfico de calibração, estabelecemos a relação entre a concentração da solução e o índice de refração. Para construir um gráfico, é necessário preparar soluções padrão de diversas concentrações a partir de preparações de substâncias quimicamente puras, medir seus índices de refração e traçar os valores obtidos no eixo das ordenadas e as concentrações correspondentes das soluções no eixo das abcissas. É necessário selecionar intervalos de concentração nos quais seja observada uma relação linear entre concentração e índice de refração. Medimos o índice de refração da amostra em estudo e utilizamos um gráfico para determinar sua concentração.

Trabalho de laboratório

Refração da luz. Medindo o índice de refração de um líquido

usando um refratômetro

Objetivo do trabalho: aprofundar a compreensão do fenômeno da refração da luz; estudo de métodos de medição do índice de refração de meios líquidos; estudando o princípio de trabalhar com um refratômetro.

Equipamento: refratômetro, soluções de cloreto de sódio, pipeta, pano macio para limpeza das partes ópticas dos instrumentos.

Teoria

Leis de reflexão e refração da luz. Índice de refração.

Na interface entre os meios, a luz muda a direção de sua propagação. Parte da energia luminosa retorna ao primeiro meio, ou seja, a luz é refletida. Se o segundo meio for transparente, então parte da luz, sob certas condições, passa pela interface entre os meios, geralmente mudando a direção de propagação. Este fenômeno é chamado de refração da luz (Figura 1).

Arroz. 1. Reflexão e refração da luz em uma interface plana entre dois meios.

A direção dos raios refletidos e refratados quando a luz passa por uma interface plana entre dois meios transparentes é determinada pelas leis de reflexão e refração da luz.

Lei da reflexão da luz. O raio refletido está no mesmo plano do raio incidente e a normal é restaurada ao plano de separação do meio no ponto de incidência. O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão .

A lei da refração da luz. O raio refratado está no mesmo plano do raio incidente e a normal é restaurada ao plano de separação do meio no ponto de incidência. Razão seno do ângulo de incidência α ao seno do ângulo de refração β existe um valor constante para esses dois meios, denominado índice de refração relativo do segundo meio em relação ao primeiro:

Índice de refração relativo dois meios é igual à razão entre a velocidade da luz no primeiro meio v ​​1 e a velocidade da luz no segundo meio v ​​2:

Se a luz vem do vácuo para um meio, então o índice de refração do meio em relação ao vácuo é chamado de índice de refração absoluto desse meio e é igual à razão entre a velocidade da luz no vácuo Comà velocidade da luz em um determinado meio:

Os índices de refração absolutos são sempre maiores que a unidade; para ar n tomado como um.

O índice de refração relativo de dois meios pode ser expresso em termos de seus índices absolutos n 1 E n 2 :

Determinação do índice de refração de um líquido

Para determinar de forma rápida e conveniente o índice de refração de líquidos, existem instrumentos ópticos especiais - refratômetros, cuja parte principal são dois prismas (Fig. 2): auxiliares Etc. 1 e medindo Pr.2. O líquido a ser testado é derramado no espaço entre os prismas.

Ao medir indicadores, dois métodos podem ser usados: o método do feixe rasante (para líquidos transparentes) e o método da reflexão interna total (para soluções escuras, turvas e coloridas). Neste trabalho é utilizado o primeiro deles.

No método do feixe rasante, a luz de uma fonte externa passa pela face AB prismas Projeto 1, se dissipa em sua superfície fosca AC e então penetra através da camada do líquido em estudo no prisma Pr.2. A superfície fosca torna-se uma fonte de raios em todas as direções, por isso pode ser observada através da borda EF prismas Pr.2. No entanto, a borda AC pode ser visto através EF apenas em um ângulo maior que um determinado ângulo mínimo eu. A magnitude deste ângulo está exclusivamente relacionada ao índice de refração do líquido localizado entre os prismas, que é a ideia principal por trás do design do refratômetro.

Considere a passagem da luz pelo rosto FE prisma de medição inferior Pr.2. Como pode ser visto a partir da fig. 2, aplicando duas vezes a lei da refração da luz, podemos obter duas relações:

Resolvendo este sistema de equações, é fácil chegar à conclusão de que o índice de refração do líquido

depende de quatro quantidades: P, R, R 1 E eu. No entanto, nem todos são independentes. Por exemplo,

R+ é= R , (4)

Onde R - ângulo de refração do prisma Projeto 2. Além disso, ao definir o ângulo P o valor máximo é 90°, da equação (1) obtemos:

Mas o valor máximo do ângulo R , Como pode ser visto a partir da fig. 2 e relações (3) e (4), os valores mínimos do ângulo correspondem eu E R 1 , aqueles. eu min E R min .

Assim, o índice de refração de um líquido para o caso de raios “pastantes” está associado apenas ao ângulo eu. Neste caso, existe um valor mínimo de ângulo eu, quando a borda AC ainda é visível, ou seja, no campo de visão parece branco como um espelho. Para ângulos de visão menores, a borda não é visível e esse local aparece preto no campo de visão. Como o telescópio do dispositivo captura uma zona angular relativamente ampla, áreas claras e pretas são observadas simultaneamente no campo de visão, cujo limite corresponde ao ângulo mínimo de observação e está exclusivamente relacionado ao índice de refração do líquido. Usando a fórmula de cálculo final:

(sua conclusão é omitida) e uma série de líquidos com índices de refração conhecidos, você pode calibrar o dispositivo, ou seja, estabelecer uma correspondência única entre os índices de refração dos líquidos e ângulos eu min . Todas as fórmulas fornecidas são derivadas para raios de um comprimento de onda específico.

A luz de diferentes comprimentos de onda será refratada levando em consideração a dispersão do prisma. Assim, quando o prisma é iluminado com luz branca, a interface ficará borrada e colorida em cores diferentes devido à dispersão. Portanto, todo refratômetro possui um compensador que elimina o resultado de dispersão. Pode consistir em um ou dois prismas de visão direta - prismas Amici. Cada prisma Amici consiste em três prismas de vidro com diferentes índices de refração e diferentes dispersões, por exemplo, os prismas externos são feitos de vidro coroa e o do meio é feito de vidro sílex (vidro coroa e vidro sílex são tipos de vidro). Ao girar o prisma compensador usando um dispositivo especial, é obtida uma imagem nítida e incolor da interface, cuja posição corresponde ao valor do índice de refração da linha amarela de sódio λ =5893 Å (os prismas são projetados de forma que os raios com comprimento de onda de 5893 Å não sofram deflexão).

Os raios que passam pelo compensador entram nas lentes do telescópio e, em seguida, passam pelo prisma reverso, através da ocular do telescópio, até o olho do observador. O caminho esquemático dos raios é mostrado na Fig. 3.

A escala do refratômetro é calibrada nos valores do índice de refração e da concentração da solução de sacarose em água e está localizada no plano focal da ocular.

parte experimental

Tarefa 1. Verificando o refratômetro.

Direcione a luz usando um espelho para o prisma auxiliar do refratômetro. Com o prisma auxiliar levantado, pipete algumas gotas de água destilada no prisma de medição. Ao abaixar o prisma auxiliar, obtenha a melhor iluminação do campo de visão e ajuste a ocular de forma que a mira e a escala do índice de refração fiquem claramente visíveis. Ao girar a câmera do prisma de medição, você obtém o limite de luz e sombra no campo de visão. Gire a cabeça do compensador até que a cor da borda entre luz e sombra seja eliminada. Alinhe o limite de luz e sombra com o ponto de mira e meça o índice de refração da água n mudar . Se o refratômetro estiver funcionando corretamente, então para água destilada o valor deverá ser n 0 = 1.333, caso as leituras divirjam deste valor, deverá ser determinada uma alteração Δn= n mudar - 1.333, que deve então ser levado em consideração ao trabalhar posteriormente com o refratômetro. Faça correções na Tabela 1.

Tabela 1.

Tarefa 2. Determinação do índice de refração de um líquido.

Determine os índices de refração de soluções de concentrações conhecidas, levando em consideração a correção encontrada.

Mesa 2.

Trace um gráfico da dependência do índice de refração das soluções de sal de cozinha na concentração com base nos resultados obtidos. Tire uma conclusão sobre a dependência de n de C; tirar conclusões sobre a precisão das medições usando um refratômetro.

Tome uma solução salina de concentração desconhecida COM x , determine seu índice de refração e use o gráfico para encontrar a concentração da solução.

Limpe a área de trabalho e limpe cuidadosamente os prismas do refratômetro com um pano úmido e limpo.

Perguntas de controle

Reflexão e refração da luz.

Índices de refração absolutos e relativos do meio.

O princípio de funcionamento de um refratômetro. Método de feixe deslizante.

Caminho esquemático dos raios em um prisma. Por que são necessários prismas compensadores?

Propagação, reflexão e refração da luz

A natureza da luz é eletromagnética. Uma prova disso é a coincidência das velocidades das ondas eletromagnéticas e da luz no vácuo.

Em um meio homogêneo, a luz viaja em linha reta. Esta afirmação é chamada de lei da propagação retilínea da luz. Uma prova experimental desta lei são as sombras nítidas produzidas por fontes pontuais de luz.

A linha geométrica que indica a direção de propagação da luz é chamada de raio de luz. Em um meio isotrópico, os raios de luz são direcionados perpendicularmente à frente da onda.

A localização geométrica dos pontos do meio que oscilam na mesma fase é chamada de superfície da onda, e o conjunto de pontos que a oscilação atingiu em um determinado momento é chamado de frente de onda. Dependendo do tipo de frente de onda, distinguem-se ondas planas e esféricas.

Para explicar o processo de propagação da luz, utiliza-se o princípio geral da teoria ondulatória sobre o movimento de uma frente de onda no espaço, proposto pelo físico holandês H. Huygens. De acordo com o princípio de Huygens, cada ponto do meio atingido pela excitação luminosa é o centro das ondas secundárias esféricas, que também se propagam na velocidade da luz. A superfície que circunda as frentes dessas ondas secundárias fornece a posição da frente da onda que realmente se propaga naquele momento.

É necessário distinguir entre feixes de luz e raios de luz. Um feixe de luz é parte de uma onda de luz que transporta energia luminosa em uma determinada direção. Ao substituir um feixe de luz por um feixe de luz que o descreve, este último deve ser considerado como coincidindo com o eixo de uma luz suficientemente estreita, mas ao mesmo tempo com largura finita (as dimensões da seção transversal são muito maiores que o comprimento de onda) luz feixe.

Existem feixes de luz divergentes, convergentes e quase paralelos. Os termos feixe de raios de luz ou simplesmente raios de luz são frequentemente usados, significando um conjunto de raios de luz que descrevem um feixe de luz real.

A velocidade da luz no vácuo c = 3.108 m/s é uma constante universal e não depende da frequência. Pela primeira vez, a velocidade da luz foi determinada experimentalmente pelo método astronômico pelo cientista dinamarquês O. Roemer. Mais precisamente, a velocidade da luz foi medida por A. Michelson.

Na matéria a velocidade da luz é menor que no vácuo. A razão entre a velocidade da luz no vácuo e sua velocidade em um determinado meio é chamada de índice de refração absoluto do meio:

onde c é a velocidade da luz no vácuo, v é a velocidade da luz em um determinado meio. Os índices de refração absolutos de todas as substâncias são maiores que a unidade.

Quando a luz se propaga através de um meio, ela é absorvida e espalhada, e na interface entre os meios ela é refletida e refratada.

A lei da reflexão da luz: o feixe incidente, o feixe refletido e a perpendicular à interface entre dois meios, restaurados no ponto de incidência do feixe, situam-se no mesmo plano; o ângulo de reflexão g é igual ao ângulo de incidência a (Fig. 1). Esta lei coincide com a lei da reflexão para ondas de qualquer natureza e pode ser obtida como consequência do princípio de Huygens.

A lei da refração da luz: o raio incidente, o raio refratado e a perpendicular à interface entre dois meios, restaurados no ponto de incidência do raio, situam-se no mesmo plano; a razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração para uma determinada frequência de luz é um valor constante chamado índice de refração relativo do segundo meio em relação ao primeiro:

A lei da refração da luz estabelecida experimentalmente é explicada com base no princípio de Huygens. De acordo com os conceitos de onda, a refração é uma consequência de mudanças na velocidade de propagação das ondas ao passar de um meio para outro, e o significado físico do índice de refração relativo é a razão entre a velocidade de propagação das ondas no primeiro meio v1 para a velocidade de sua propagação no segundo meio

Para meios com índices de refração absolutos n1 e n2, o índice de refração relativo do segundo meio em relação ao primeiro é igual à razão entre o índice de refração absoluto do segundo meio e o índice de refração absoluto do primeiro meio:

O meio que possui maior índice de refração é denominado opticamente mais denso; a velocidade de propagação da luz nele é menor. Se a luz passa de um meio opticamente mais denso para um meio opticamente menos denso, então, para um certo ângulo de incidência a0, o ângulo de refração deve tornar-se igual a p/2. A intensidade do feixe refratado, neste caso, torna-se igual a zero. A luz que incide na interface entre duas mídias é completamente refletida nela.

O ângulo de incidência a0 no qual ocorre a reflexão interna total da luz é chamado de ângulo limite da reflexão interna total. Em todos os ângulos de incidência iguais e maiores que a0 ocorre a reflexão total da luz.

O valor do ângulo limite é encontrado a partir da relação Se n2 = 1 (vácuo), então

2 O índice de refração de uma substância é um valor igual à razão entre as velocidades de fase da luz (ondas eletromagnéticas) no vácuo e em um determinado meio. Eles também falam sobre o índice de refração para quaisquer outras ondas, por exemplo, ondas sonoras.

O índice de refração depende das propriedades da substância e do comprimento de onda da radiação; para algumas substâncias, o índice de refração muda bastante quando a frequência das ondas eletromagnéticas muda de baixas frequências para ópticas e além, e também pode mudar ainda mais acentuadamente em certas áreas da escala de frequência. O padrão geralmente se refere ao alcance óptico ou ao alcance determinado pelo contexto.

Existem substâncias opticamente anisotrópicas nas quais o índice de refração depende da direção e polarização da luz. Tais substâncias são bastante comuns, em particular, são todas cristais com uma simetria bastante baixa da rede cristalina, bem como substâncias sujeitas a deformação mecânica.

O índice de refração pode ser expresso como a raiz do produto das constantes magnéticas e dielétricas do meio

(deve-se levar em consideração que os valores de permeabilidade magnética e constante dielétrica absoluta para a faixa de frequência de interesse - por exemplo, óptica - podem diferir muito do valor estático desses valores).

Para medir o índice de refração, são utilizados refratômetros manuais e automáticos. Quando um refratômetro é usado para determinar a concentração de açúcar em uma solução aquosa, o dispositivo é chamado de sacarímetro.

A razão entre o seno do ângulo de incidência () do feixe e o seno do ângulo de refração () quando o feixe passa do meio A para o meio B é chamada de índice de refração relativo para este par de meios.

A quantidade n é o índice de refração relativo do meio B em relação ao meio A, аn" = 1/n é o índice de refração relativo do meio A em relação ao meio B.

Este valor, ceteris paribus, é geralmente menor que a unidade quando um feixe passa de um meio mais denso para um meio menos denso, e maior que a unidade quando um feixe passa de um meio menos denso para um meio mais denso (por exemplo, de um gás ou de um vácuo para um líquido ou sólido). Há exceções a esta regra e, portanto, costuma-se chamar um meio opticamente de mais ou menos denso que outro (não confundir com densidade óptica como medida da opacidade de um meio).

Um raio que cai do espaço sem ar sobre a superfície de algum meio B é refratado com mais força do que quando cai sobre ele vindo de outro meio A; O índice de refração de um raio incidente em um meio vindo do espaço sem ar é chamado de índice de refração absoluto ou simplesmente índice de refração de um determinado meio; este é o índice de refração, cuja definição é dada no início do artigo. O índice de refração de qualquer gás, incluindo o ar, em condições normais é muito menor que o índice de refração de líquidos ou sólidos, portanto, aproximadamente (e com precisão relativamente boa) o índice de refração absoluto pode ser avaliado pelo índice de refração relativo ao ar.

Arroz. 3. Princípio de funcionamento de um refratômetro de interferência. O feixe de luz é dividido de modo que suas duas partes passem por cubetas de comprimento l preenchidas com substâncias com diferentes índices de refração. Na saída das cubetas, os raios adquirem uma certa diferença de caminho e, ao serem reunidos, dão na tela uma imagem de máximos e mínimos de interferência com ordens k (mostrados esquematicamente à direita). Diferença do índice de refração Dn=n2 –n1 =kl/2, onde l é o comprimento de onda da luz.

Refratômetros são instrumentos usados ​​para medir o índice de refração de substâncias. O princípio de funcionamento de um refratômetro é baseado no fenômeno da reflexão total. Se um feixe de luz espalhado incide na interface entre dois meios com índices de refração e, a partir de um meio opticamente mais denso, então, a partir de um determinado ângulo de incidência, os raios não entram no segundo meio, mas são completamente refletidos do interface no primeiro meio. Este ângulo é chamado de ângulo limite de reflexão total. A Figura 1 mostra o comportamento dos raios ao incidir em uma determinada corrente desta superfície. O feixe vem em um ângulo extremo. A partir da lei da refração podemos determinar: , (desde).

A magnitude do ângulo limite depende do índice de refração relativo dos dois meios. Se os raios refletidos da superfície são direcionados para uma lente coletora, então no plano focal da lente você pode ver o limite da luz e da penumbra, e a posição desse limite depende do valor do ângulo limite e, portanto, de o índice de refração. Uma mudança no índice de refração de um dos meios acarreta uma mudança na posição da interface. A interface entre luz e sombra pode servir como indicador na determinação do índice de refração, que é utilizado em refratômetros. Este método de determinação do índice de refração é chamado de método de reflexão total

Além do método de reflexão total, os refratômetros usam o método do feixe rasante. Neste método, um feixe de luz espalhado atinge a fronteira de um meio opticamente menos denso em todos os ângulos possíveis (Fig. 2). O raio que desliza ao longo da superfície () corresponde ao ângulo limite de refração (o raio da Fig. 2). Se colocarmos uma lente no caminho dos raios () refratados na superfície, então no plano focal da lente também veremos uma fronteira nítida entre luz e sombra.

Como as condições que determinam o valor do ângulo limite são as mesmas em ambos os métodos, a posição da interface é a mesma. Ambos os métodos são equivalentes, mas o método de reflexão total permite medir o índice de refração de substâncias opacas

Caminho dos raios em um prisma triangular

A Figura 9 mostra uma seção transversal de um prisma de vidro com um plano perpendicular às suas bordas laterais. O feixe no prisma é desviado em direção à base, refratando nas arestas OA e 0B. O ângulo j entre essas faces é chamado de ângulo de refração do prisma. O ângulo de deflexão do feixe depende do ângulo de refração do prismaj, do índice de refração n do material do prisma e do ângulo de incidênciaa. Pode ser calculado usando a lei da refração (1.4).

O refratômetro usa uma fonte de luz branca 3. Devido à dispersão, quando a luz passa pelos prismas 1 e 2, a fronteira entre luz e sombra fica colorida. Para evitar isso, é colocado na frente da lente do telescópio um compensador 4. Consiste em dois prismas idênticos, cada um dos quais é colado a partir de três prismas com diferentes índices de refração. Os prismas são selecionados de modo que um feixe monocromático com comprimento de onda = 589,3 µm. (comprimento de onda da linha amarela do sódio) não foi testado após passar pelo compensador de deflexão. Raios com outros comprimentos de onda são desviados por prismas em diferentes direções. Ao mover os prismas compensadores com uma alça especial, garantimos que a fronteira entre a luz e a escuridão se torne o mais clara possível.

Os raios de luz, tendo passado pelo compensador, entram na lente 6 do telescópio. A imagem da interface luz-sombra é visualizada através da ocular 7 do telescópio. Ao mesmo tempo, a escala 8 é vista através da ocular. Como o ângulo limite de refração e o ângulo limite de reflexão total dependem do índice de refração do líquido, os valores desse índice de refração são imediatamente marcados na escala do refratômetro .

O sistema óptico do refratômetro também contém um prisma giratório 5. Ele permite posicionar o eixo do telescópio perpendicular aos prismas 1 e 2, o que torna a observação mais conveniente.

Índice de refração

Índice de refração substâncias - uma quantidade igual à razão das velocidades de fase da luz (ondas eletromagnéticas) no vácuo e em um determinado meio. Além disso, às vezes se fala do índice de refração para quaisquer outras ondas, por exemplo, o som, embora em casos como este a definição, é claro, tenha de ser modificada de alguma forma.

O índice de refração depende das propriedades da substância e do comprimento de onda da radiação; para algumas substâncias, o índice de refração muda bastante quando a frequência das ondas eletromagnéticas muda de baixas frequências para ópticas e além, e também pode mudar ainda mais acentuadamente em certas regiões da escala de frequência. O padrão geralmente se refere ao alcance óptico ou ao alcance determinado pelo contexto.

Ligações

• Banco de dados de índice de refração RefractiveIndex.INFO

Fundação Wikimedia. 2010.

Veja o que é “Índice de refração” em outros dicionários:

Relativo a dois meios n21, razão adimensional das velocidades de propagação da radiação óptica (luz c) no primeiro (c1) e segundo (c2) meios: n21 = c1/c2. Ao mesmo tempo, relaciona-se. P. p. é a razão entre os senos de g l a p a d e n i j e y g l ... ... Enciclopédia física

Consulte Índice de refração...

Veja índice de refração. * * * ÍNDICE DE REFRAÇÃO ÍNDICE DE REFRAÇÃO, consulte Índice de refração (consulte ÍNDICE DE REFRAÇÃO) ... dicionário enciclopédico- ÍNDICE DE REFRAÇÃO, quantidade que caracteriza o meio e igual à razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz no meio (índice de refração absoluto). O índice de refração n depende do dielétrico e e da permeabilidade magnética m... ... Dicionário Enciclopédico Ilustrado

- (ver ÍNDICE DE REFRAÇÃO). Dicionário enciclopédico físico. M.: Enciclopédia Soviética. Editor-chefe A. M. Prokhorov. 1983... Enciclopédia física

Consulte Índice de refração... Grande Enciclopédia Soviética

A relação entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz em um meio (índice de refração absoluto). O índice de refração relativo de 2 meios é a razão entre a velocidade da luz no meio a partir do qual a luz incide na interface e a velocidade da luz no segundo... ... Grande Dicionário Enciclopédico

ÍNDICE DE REFRAÇÃO(índice de refração) - óptico. característica do ambiente associada a refração da luz na interface entre dois meios transparentes opticamente homogêneos e isotrópicos durante sua transição de um meio para outro e devido à diferença nas velocidades de fase de propagação da luz nos meios. O valor de P. p.é igual à razão dessas velocidades. relativo

P. p. desses ambientes. Se a luz incide no segundo ou primeiro meio de (onde está a velocidade da luz Com), então as quantidades pp absoluto dessas médias. Neste caso, a lei da refração pode ser escrita na forma onde e são os ângulos de incidência e refração.

A magnitude do fator de potência absoluto depende da natureza e estrutura da substância, seu estado agregado, temperatura, pressão, etc. Em altas intensidades, o fator de potência depende da intensidade da luz (ver. Óptica não linear). Em várias substâncias, P. muda sob a influência de influências externas. elétrico Campos ( Efeito Kerr- em líquidos e gases; eletro-óptico Efeito bolsos- em cristais).

Para um determinado meio, a banda de absorção depende do comprimento de onda da luz l, e na região das bandas de absorção esta dependência é anômala (ver Fig. Dispersão de luz).Em raio-X. região, o fator de potência para quase todos os meios é próximo de 1, na região visível para líquidos e sólidos é cerca de 1,5; na região IR para uma série de mídias transparentes 4.0 (para Ge).

Aceso.: Landsberg G.S., Óptica, 5ª ed., M., 1976; Sivukhin D.V., Curso geral, 2ª ed., [vol. 4] - Óptica, M., 1985. V. I.Malyshev,