Mësimi 25/III-1 Përhapja e dritës në media të ndryshme. Përthyerja e dritës në ndërfaqen midis dy mediave.

Mësimi i materialit të ri.

Deri më tani, ne kemi konsideruar përhapjen e dritës në një medium, si zakonisht - në ajër. Drita mund të përhapet në media të ndryshme: lëviz nga një medium në tjetrin; Në pikat e incidencës, rrezet jo vetëm që reflektohen nga sipërfaqja, por edhe pjesërisht kalojnë nëpër të. Kalime të tilla shkaktojnë shumë fenomene të bukura dhe interesante.

Ndryshimi i drejtimit të përhapjes së dritës që kalon nëpër kufirin e dy mediave quhet thyerje e dritës.

Një pjesë e rrezes së dritës që bie në ndërfaqen ndërmjet dy mediave transparente reflektohet dhe një pjesë kalon në mediumin tjetër. Në këtë rast, drejtimi i rrezes së dritës që ka kaluar në një mjedis tjetër ndryshon. Prandaj, dukuria quhet përthyerje, dhe rrezja quhet e përthyer.

1 - rrezja e incidentit

2 – rreze e reflektuar

3 – rrezja e thyer α β

OO 1 – ndërfaqe ndërmjet dy mediave

MN - pingul O O 1

Këndi i formuar nga rrezja dhe një pingul me ndërfaqen midis dy mediave, i ulur deri në pikën e rënies së rrezes, quhet këndi i thyerjes. γ (gama).

Drita në vakum udhëton me një shpejtësi prej 300,000 km/s. Në çdo mjedis, shpejtësia e dritës është gjithmonë më e vogël se në vakum. Prandaj, kur drita kalon nga një mjedis në tjetrin, shpejtësia e saj zvogëlohet dhe kjo shkakton thyerjen e dritës. Sa më e vogël të jetë shpejtësia e përhapjes së dritës në një mjedis të caktuar, aq më e madhe është dendësia optike e këtij mediumi. Për shembull, ajri ka një densitet optik më të lartë se sa vakum, sepse shpejtësia e dritës në ajër është pak më e ulët se në vakum. Dendësia optike e ujit është më e madhe se dendësia optike e ajrit, sepse shpejtësia e dritës në ajër është më e madhe se në ujë.

Sa më shumë të ndryshojnë dendësia optike e dy mediave, aq më shumë dritë thyhet në ndërfaqen e tyre. Sa më shumë të ndryshojë shpejtësia e dritës në ndërfaqen midis dy mediave, aq më shumë përthyhet.

Për çdo substancë transparente ekziston një karakteristikë fizike kaq e rëndësishme si indeksi i thyerjes së dritës n. Ai tregon se sa herë shpejtësia e dritës në një substancë të caktuar është më e vogël se në vakum.

Indeksi i thyerjes së dritës

Raporti ndërmjet këndit të rënies dhe këndit të thyerjes varet nga dendësia optike e secilit medium. Nëse një rreze drite kalon nga një mjedis me një densitet optik më të ulët në një medium me një densitet optik më të lartë, atëherë këndi i thyerjes do të jetë më i vogël se këndi i rënies. Nëse një rreze drite vjen nga një mjedis me një densitet optik më të lartë, atëherë këndi i thyerjes do të jetë më i vogël se këndi i rënies. Nëse një rreze drite kalon nga një mjedis me një densitet optik më të lartë në një medium me një densitet optik më të ulët, atëherë këndi i thyerjes është më i madh se këndi i rënies.

Kjo do të thotë, nëse n 1 γ; nëse n 1 >n 2 atëherë α<γ.

Ligji i përthyerjes së dritës :

Rrezja rënëse, rrezja e thyer dhe pingulja me ndërfaqen ndërmjet dy mediave në pikën e rënies së rrezes shtrihen në të njëjtin rrafsh.

Marrëdhënia midis këndit të rënies dhe këndit të thyerjes përcaktohet nga formula.

ku është sinusi i këndit të rënies dhe është sinusi i këndit të thyerjes.

Vlera e sinuseve dhe tangjentëve për këndet 0 – 900

Ligji i përthyerjes së dritës u formulua për herë të parë nga astronomi dhe matematikani holandez W. Snelius rreth vitit 1626, profesor në Universitetin Leiden (1613).

Për shekullin e 16-të, optika ishte një shkencë ultra-moderne.Nga një top xhami i mbushur me ujë, i cili përdorej si lente, u ngrit një xham zmadhues. Dhe prej tij ata shpikën një teleskop dhe një mikroskop. Në atë kohë, Holandës kishte nevojë për teleskopë për të parë bregun dhe për të shpëtuar nga armiqtë në kohën e duhur. Ishte optika që siguroi suksesin dhe besueshmërinë e lundrimit. Prandaj, në Holandë, shumë shkencëtarë ishin të interesuar për optikën. Holandezi Skel Van Rooyen (Snelius) vuri re se si një rreze e hollë drite reflektohej në pasqyrë. Ai mati këndin e rënies dhe këndin e reflektimit dhe vendosi: këndi i reflektimit është i barabartë me këndin e rënies. Ai zotëron gjithashtu ligjet e reflektimit të dritës. Ai nxori ligjin e thyerjes së dritës.

Le të shqyrtojmë ligjin e thyerjes së dritës.

Ai përmban indeksin relativ të thyerjes së mediumit të dytë në krahasim me të parin, në rastin kur i dyti ka një densitet optik më të lartë. Nëse drita thyhet dhe kalon nëpër një mjedis me densitet optik më të ulët, atëherë α< γ, тогда

Nëse mediumi i parë është vakum, atëherë n 1 =1 atëherë .

Ky tregues quhet indeksi absolut i thyerjes së mediumit të dytë:

ku është shpejtësia e dritës në vakum, shpejtësia e dritës në një mjedis të caktuar.

Një pasojë e thyerjes së dritës në atmosferën e Tokës është fakti që ne shohim Diellin dhe yjet pak më lart se pozicioni i tyre aktual. Përthyerja e dritës mund të shpjegojë shfaqjen e mirazheve, ylberëve... fenomeni i përthyerjes së dritës është baza e parimit të funksionimit të pajisjeve optike numerike: mikroskopi, teleskopi, kamera.

Përthyerja ose përthyerja është një fenomen në të cilin një ndryshim në drejtimin e një rreze drite ose valë të tjera ndodh kur ato kalojnë kufirin që ndan dy media, të dyja transparente (që transmetojnë këto valë) dhe brenda një mjedisi në të cilin vetitë ndryshojnë vazhdimisht.

Dukurinë e përthyerjes e hasim mjaft shpesh dhe e perceptojmë si një fenomen të përditshëm: mund të shohim se një shkop i vendosur në një gotë transparente me një lëng me ngjyrë është “thyer” në pikën e ndarjes së ajrit nga uji (Fig. 1). Kur drita thyhet dhe reflektohet gjatë shiut, ne gëzohemi kur shohim një ylber (Fig. 2).

Indeksi i thyerjes është një karakteristikë e rëndësishme e një substance që lidhet me vetitë e saj fiziko-kimike. Varet nga vlerat e temperaturës, si dhe nga gjatësia e valës së dritës në të cilën kryhet përcaktimi. Sipas të dhënave të kontrollit të cilësisë në një tretësirë, indeksi i thyerjes ndikohet nga përqendrimi i substancës së tretur në të, si dhe nga natyra e tretësit. Në veçanti, indeksi i thyerjes së serumit të gjakut ndikohet nga sasia e proteinave që përmban, kjo për faktin se me shpejtësi të ndryshme të përhapjes së rrezeve të dritës në media me densitet të ndryshëm, drejtimi i tyre ndryshon në ndërfaqen midis të dyve. mediat. Nëse e ndajmë shpejtësinë e dritës në vakum me shpejtësinë e dritës në substancën në studim, marrim indeksin absolut të thyerjes (indeksin e thyerjes). Në praktikë, përcaktohet indeksi relativ i thyerjes (n), i cili është raporti i shpejtësisë së dritës në ajër me shpejtësinë e dritës në substancën në studim.

Indeksi i thyerjes përcaktohet në mënyrë sasiore duke përdorur një pajisje të veçantë - një refraktometër.

Refraktometria është një nga metodat më të lehta të analizës fizike dhe mund të përdoret në laboratorët e kontrollit të cilësisë në prodhimin e aditivëve kimikë, ushqimorë, biologjikisht aktivë të ushqimit, kozmetikës dhe llojeve të tjera të produkteve me kohë minimale dhe numrin e mostrave që testohen.

Dizajni i refraktometrit bazohet në faktin se rrezet e dritës reflektohen plotësisht kur kalojnë në kufirin e dy mediave (njëri prej tyre është një prizëm xhami, tjetri është tretësira testuese) (Fig. 3).

Nga burimi (1), një rreze drite bie në sipërfaqen e pasqyrës (2), më pas, duke u reflektuar, kalon në prizmin e sipërm të ndriçimit (3), pastaj në prizmin e poshtëm matës (4), i cili është prej xhami me një indeks të lartë refraktiv. 1–2 pika të mostrës aplikohen midis prizmave (3) dhe (4) duke përdorur një kapilar. Për të shmangur dëmtimin mekanik të prizmit, është e nevojshme të mos prekni sipërfaqen e tij me kapilar.

Nëpërmjet okularit (9) shihet një fushë me vija të kryqëzuara për të vendosur ndërfaqen. Gjatë lëvizjes së okularit, pika e kryqëzimit të fushave duhet të jetë në një linjë me ndërfaqen (Fig. 4) Rrafshi i prizmit (4) luan rolin e ndërfaqes, në sipërfaqen e së cilës thyhet rrezja e dritës. Meqenëse rrezet janë të shpërndara, kufiri midis dritës dhe hijes rezulton të jetë i paqartë, i ylbertë. Ky fenomen eliminohet nga kompensuesi i dispersionit (5). Rrezja më pas kalohet përmes thjerrëzës (6) dhe prizmit (7). Pllaka (8) ka vija shikimi (dy vija të drejta të kryqëzuara në mënyrë tërthore), si dhe një shkallë me indekse thyese, e cila vërehet përmes okularit (9). Prej tij llogaritet indeksi i thyerjes.

Vija ndarëse midis kufijve të fushës do të korrespondojë me këndin e reflektimit total të brendshëm, i cili varet nga indeksi i thyerjes së mostrës.

Refraktometria përdoret për të përcaktuar pastërtinë dhe autenticitetin e një substance. Kjo metodë përdoret gjithashtu për të përcaktuar përqendrimin e substancave në tretësirë ​​gjatë kontrollit të cilësisë, i cili llogaritet duke përdorur një grafik kalibrues (një grafik që tregon varësinë e indeksit të thyerjes së një kampioni nga përqendrimi i tij).

Në KorolevPharm, indeksi i thyerjes përcaktohet në përputhje me dokumentacionin rregullator të miratuar gjatë inspektimit në hyrje të lëndëve të para, në ekstraktet e prodhimit tonë, si dhe gjatë lëshimit të produkteve të gatshme. Përcaktimi bëhet nga punonjës të kualifikuar të një laboratori të akredituar fizik dhe kimik duke përdorur një refraktometër IRF-454 B2M.

Nëse, bazuar në rezultatet e inspektimit në hyrje të lëndëve të para, indeksi i thyerjes nuk plotëson kërkesat e nevojshme, departamenti i kontrollit të cilësisë lëshon një raport të mospërputhshmërisë, në bazë të të cilit kjo grumbull lëndësh të para i kthehet furnizuesit. .

Mënyra e përcaktimit

1. Para fillimit të matjeve, kontrollohet pastërtia e sipërfaqeve të prizmave në kontakt me njëra-tjetrën.

2. Kontrollimi i pikës zero. Aplikoni 2÷3 pika ujë të distiluar në sipërfaqen e prizmit matës dhe mbulojeni me kujdes me prizmin ndriçues. Ne hapim dritaren e ndriçimit dhe, duke përdorur një pasqyrë, instalojmë burimin e dritës në drejtimin më intensiv. Duke rrotulluar vidhat e okularit, marrim një dallim të qartë dhe të mprehtë midis fushave të errëta dhe të lehta në fushën e tij të shikimit. Ne rrotullojmë vidën dhe drejtojmë vijën e hijes dhe dritës në mënyrë që të përkojë me pikën ku linjat kryqëzohen në dritaren e sipërme të okularit. Në vijën vertikale në dritaren e poshtme të okularit shohim rezultatin e dëshiruar - indeksin e thyerjes së ujit të distiluar në 20 ° C (1.333). Nëse leximet janë të ndryshme, përdorni vidën për të vendosur indeksin e thyerjes në 1.333 dhe duke përdorur një çelës (hiqni vidën e rregullimit) sillni kufirin e hijes dhe dritës në pikën ku kryqëzohen linjat.

3. Përcaktoni indeksin e thyerjes. Ngritim dhomën e prizmit të ndriçimit dhe largojmë ujin me letër filtri ose një pecetë garzë. Më pas, aplikoni 1-2 pika të tretësirës së provës në sipërfaqen e prizmit matës dhe mbyllni dhomën. Rrotulloni vidhat derisa kufijtë e hijes dhe dritës të përkojnë me pikën e kryqëzimit të linjave. Në vijën vertikale në dritaren e poshtme të okularit shohim rezultatin e dëshiruar - indeksin e thyerjes së mostrës së provës. Ne llogarisim indeksin e thyerjes duke përdorur shkallën në dritaren e poshtme të okularit.

4. Duke përdorur një grafik kalibrimi, vendosim marrëdhënien midis përqendrimit të tretësirës dhe indeksit të thyerjes. Për të ndërtuar një grafik, është e nevojshme të përgatiten zgjidhje standarde të disa përqendrimeve duke përdorur preparate të substancave kimikisht të pastra, të maten indekset e tyre të thyerjes dhe të vizatohen vlerat e marra në boshtin e ordinatave dhe përqendrimet përkatëse të tretësirave në boshtin e abshisës. Është e nevojshme të zgjidhen intervalet e përqendrimit në të cilat vërehet një marrëdhënie lineare midis përqendrimit dhe indeksit të thyerjes. Ne matim indeksin e thyerjes së kampionit në studim dhe përdorim një grafik për të përcaktuar përqendrimin e tij.

Puna laboratorike

Përthyerja e dritës. Matja e indeksit të thyerjes së një lëngu

duke përdorur një refraktometër

Qëllimi i punës: kuptimi i thelluar i dukurisë së përthyerjes së dritës; studimi i metodave për matjen e indeksit të thyerjes së mediave të lëngëta; studimi i parimit të punës me një refraktometër.

Pajisjet: refraktometër, solucione klorur natriumi, pipetë, leckë e butë për fshirjen e pjesëve optike të instrumenteve.

Teoria

Ligjet e reflektimit dhe thyerjes së dritës. Indeksi i thyerjes.

Në ndërfaqen midis mediave, drita ndryshon drejtimin e përhapjes së saj. Një pjesë e energjisë së dritës kthehet në mediumin e parë, d.m.th. drita reflektohet. Nëse mediumi i dytë është transparent, atëherë një pjesë e dritës, në kushte të caktuara, kalon nëpër ndërfaqen midis mediave, duke ndryshuar zakonisht drejtimin e përhapjes. Ky fenomen quhet thyerje e dritës (Fig. 1).

Oriz. 1. Reflektimi dhe thyerja e dritës në një ndërfaqe të sheshtë midis dy mediave.

Drejtimi i rrezeve të reflektuara dhe të përthyera kur drita kalon përmes një ndërfaqe të sheshtë midis dy mediave transparente përcaktohet nga ligjet e reflektimit dhe thyerjes së dritës.

Ligji i reflektimit të dritës. Rrezja e reflektuar shtrihet në të njëjtin rrafsh me rrezen rënëse dhe normalja e rikthyer në rrafshin e ndarjes së mediave në pikën e incidencës. Këndi i rënies është i barabartë me këndin e reflektimit .

Ligji i përthyerjes së dritës. Rrezja e përthyer shtrihet në të njëjtin rrafsh me rrezen rënëse dhe normalja e rikthyer në rrafshin e ndarjes së mediave në pikën e incidencës. Raporti i këndit të incidencës sinus α te sinusi i këndit të thyerjes β ekziston një vlerë konstante për këto dy media, e quajtur indeksi relativ i thyerjes së mediumit të dytë në raport me të parën:

Indeksi relativ i thyerjes dy media janë të barabarta me raportin e shpejtësisë së dritës në mediumin e parë v 1 me shpejtësinë e dritës në mediumin e dytë v 2:

Nëse drita vjen nga një vakum në një mjedis, atëherë indeksi i thyerjes së mediumit në raport me vakumin quhet indeksi i thyerjes absolute i këtij mjedisi dhe është i barabartë me raportin e shpejtësisë së dritës në vakum. Me me shpejtësinë e dritës në një mjedis të caktuar:

Indekset absolute refraktive janë gjithmonë më të mëdha se uniteti; për ajër n marrë si një.

Indeksi relativ i thyerjes së dy mediave mund të shprehet në termat e indekseve të tyre absolute n 1 Dhe n 2 :

Përcaktimi i indeksit të thyerjes së një lëngu

Për të përcaktuar shpejt dhe me lehtësi indeksin e thyerjes së lëngjeve, ekzistojnë instrumente optike speciale - refraktometra, pjesa kryesore e të cilave janë dy prizma (Fig. 2): ndihmëse etj. 1 dhe matjen Pr.2. Lëngu që do të testohet derdhet në hendekun midis prizmave.

Gjatë matjes së treguesve, mund të përdoren dy metoda: metoda e rrezeve të kullotjes (për lëngjet transparente) dhe metoda e reflektimit total të brendshëm (për tretësirat e errëta, të turbullta dhe me ngjyra). Në këtë punim përdoret i pari prej tyre.

Në metodën e rrezeve të kullotjes, drita nga një burim i jashtëm kalon përmes faqes AB prizmat Projekti 1, shpërndahet në sipërfaqen e saj mat AC dhe më pas depërton përmes shtresës së lëngut në studim në prizëm Pr.2. Sipërfaqja mat bëhet burim rrezesh në të gjitha drejtimet, kështu që mund të vëzhgohet përmes skajit EF prizmat Pr.2. Megjithatë, buzë AC mund të shihet përmes EF vetëm në një kënd më të madh se një kënd minimal i caktuar i. Madhësia e këtij këndi lidhet në mënyrë unike me indeksin e thyerjes së lëngut të vendosur midis prizmave, i cili është ideja kryesore pas dizajnit të refraktometrit.

Merrni parasysh kalimin e dritës përmes fytyrës EF prizmi më i ulët matës Pr.2. Siç mund të shihet nga Fig. 2, duke zbatuar ligjin e përthyerjes së dritës dy herë, mund të marrim dy marrëdhënie:

Duke zgjidhur këtë sistem ekuacionesh, është e lehtë të arrihet në përfundimin se indeksi i thyerjes së lëngut

varet nga katër sasi: P, r, r 1 Dhe i. Megjithatë, jo të gjithë janë të pavarur. Për shembull,

r+ s= R , (4)

Ku R - këndi thyes i prizmit Projekti 2. Përveç kësaj, duke vendosur këndin P vlera maksimale është 90°, nga ekuacioni (1) marrim:

Por vlera maksimale e këndit r , siç mund të shihet nga Fig. 2 dhe relacionet (3) dhe (4), korrespondojnë vlerat minimale të këndit i Dhe r 1 , ato. i min Dhe r min .

Kështu, indeksi i thyerjes së një lëngu për rastin e rrezeve "kullosëse" shoqërohet vetëm me këndin i. Në këtë rast, ekziston një vlerë minimale e këndit i, kur buzë ACështë ende e dukshme, domethënë, në fushën e shikimit duket e bardhë në pasqyrë. Për kënde më të vogla shikimi, skaji nuk është i dukshëm dhe në fushën e shikimit ky vend shfaqet i zi. Meqenëse teleskopi i pajisjes kap një zonë këndore relativisht të gjerë, zona të lehta dhe të zeza vëzhgohen njëkohësisht në fushën e shikimit, kufiri midis të cilit korrespondon me këndin minimal të vëzhgimit dhe lidhet në mënyrë unike me indeksin e thyerjes së lëngut. Duke përdorur formulën përfundimtare të llogaritjes:

(përfundimi i tij është hequr) dhe një numër lëngjesh me indekse thyerëse të njohura, ju mund të kalibroni pajisjen, d.m.th., të krijoni një korrespondencë unike midis indekseve të thyerjes së lëngjeve dhe këndeve i min . Të gjitha formulat e dhëna rrjedhin për rrezet me një gjatësi vale të caktuar.

Drita me gjatësi vale të ndryshme do të thyhet duke marrë parasysh shpërndarjen e prizmit. Kështu, kur prizmi ndriçohet me dritë të bardhë, ndërfaqja do të turbullohet dhe do të ngjyroset me ngjyra të ndryshme për shkak të shpërndarjes. Prandaj, çdo refraktometër ka një kompensues që eliminon rezultatin e shpërndarjes. Mund të përbëhet nga një ose dy prizma të drejtpërdrejtë të shikimit - prizma Amici. Secili prizëm Amici përbëhet nga tre prizma qelqi me indekse të ndryshme thyerjeje dhe shpërndarje të ndryshme, për shembull, prizmat e jashtme janë prej qelqi kurorë, dhe ai i mesëm është prej xhami stralli (qelqi i kurorës dhe qelqi i strallit janë lloje qelqi). Duke rrotulluar prizmin e kompensuesit duke përdorur një pajisje të veçantë, arrihet një imazh i mprehtë, pa ngjyrë i ndërfaqes, pozicioni i të cilit korrespondon me vlerën e indeksit të thyerjes për vijën e verdhë të natriumit. λ =5893 Å (prizmat janë projektuar në mënyrë që rrezet me një gjatësi vale 5893 Å të mos përjetojnë devijim).

Rrezet që kalojnë përmes kompensatorit hyjnë në thjerrëzën e teleskopit, pastaj kalojnë përmes prizmit të kundërt përmes okularit të teleskopit në syrin e vëzhguesit. Rruga skematike e rrezeve është paraqitur në Fig. 3.

Shkalla e refraktometrit është e kalibruar në vlerat e indeksit të thyerjes dhe përqendrimit të tretësirës së saharozës në ujë dhe ndodhet në rrafshin fokal të okularit.

pjesë eksperimentale

Detyra 1. Kontrollimi i refraktometrit.

Drejtojeni dritën duke përdorur një pasqyrë në prizmin ndihmës të refraktometrit. Me prizmin ndihmës të ngritur, hidhni me pipetë disa pika ujë të distiluar në prizmin matës. Duke ulur prizmin ndihmës, arrini ndriçimin më të mirë të fushës së shikimit dhe vendosni okularin në mënyrë që shkalla e kryqëzimit dhe e indeksit të thyerjes të jenë qartë të dukshme. Duke rrotulluar kamerën e prizmit matës, ju merrni kufirin e dritës dhe hijes në fushën e shikimit. Rrotulloni kokën e kompensuesit derisa të eliminohet ngjyra e kufirit midis dritës dhe hijes. Drejtoni kufirin e dritës dhe hijes me pikën e kryqëzimit dhe matni indeksin e thyerjes së ujit n ndryshim . Nëse refraktometri funksionon siç duhet, atëherë për ujin e distiluar vlera duhet të jetë n 0 = 1.333, nëse leximet ndryshojnë nga kjo vlerë, duhet të përcaktohet një ndryshim Δn= n ndryshim - 1.333, e cila më pas duhet të merret parasysh gjatë punës së mëtejshme me refraktometrin. Ju lutemi bëni korrigjime në tabelën 1.

Tabela 1.

Detyra 2. Përcaktimi i indeksit të thyerjes së një lëngu.

Përcaktoni indekset e thyerjes së tretësirave me përqendrime të njohura, duke marrë parasysh korrigjimin e gjetur.

Tabela 2.

Vizatoni një grafik të varësisë së indeksit të thyerjes së tretësirave të kripës së tryezës nga përqendrimi bazuar në rezultatet e marra. Nxirrni një përfundim për varësinë e n-së nga C; nxirrni përfundime për saktësinë e matjeve duke përdorur një refraktometër.

Merrni një zgjidhje kripe me përqendrim të panjohur ME x , përcaktoni indeksin e thyerjes së tij dhe përdorni grafikun për të gjetur përqendrimin e tretësirës.

Pastroni zonën e punës dhe fshini me kujdes prizmat e refraktometrit me një leckë të lagur dhe të pastër.

Pyetje kontrolli

Reflektimi dhe përthyerja e dritës.

Indekset refraktive absolute dhe relative të mediumit.

Parimi i funksionimit të një refraktometri. Metoda me rreze rrëshqitëse.

Rruga skematike e rrezeve në një prizëm. Pse nevojiten prizmat kompensues?

Përhapja, reflektimi dhe thyerja e dritës

Natyra e dritës është elektromagnetike. Një provë për këtë është rastësia e shpejtësive të valëve elektromagnetike dhe dritës në vakum.

Në një mjedis homogjen, drita udhëton në një vijë të drejtë. Ky pohim quhet ligji i përhapjes drejtvizore të dritës. Një provë eksperimentale e këtij ligji janë hijet e mprehta të prodhuara nga burimet pika të dritës.

Vija gjeometrike që tregon drejtimin e përhapjes së dritës quhet rreze drite. Në një mjedis izotropik, rrezet e dritës drejtohen pingul me pjesën e përparme të valës.

Vendndodhja gjeometrike e pikave në mjedisin që lëkundet në të njëjtën fazë quhet sipërfaqja e valës, dhe grupi i pikave në të cilat ka arritur lëkundja në një moment të caktuar kohor quhet balli i valës. Varësisht nga lloji i ballit valor dallohen valët plane dhe sferike.

Për të shpjeguar procesin e përhapjes së dritës, përdoret parimi i përgjithshëm i teorisë së valës për lëvizjen e një fronti valor në hapësirë, i propozuar nga fizikani holandez H. Huygens. Sipas parimit të Huygens-it, çdo pikë në mjedisin ku arrin ngacmimi i dritës është qendra e valëve dytësore sferike, të cilat gjithashtu përhapen me shpejtësinë e dritës. Sipërfaqja që rrethon frontet e këtyre valëve dytësore jep pozicionin e pjesës së përparme të valës që përhapet në të vërtetë në atë moment në kohë.

Është e nevojshme të bëhet dallimi midis rrezeve të dritës dhe rrezeve të dritës. Një rreze drite është një pjesë e një valë drite që bart energjinë e dritës në një drejtim të caktuar. Kur zëvendësoni një rreze drite me një rreze drite që e përshkruan atë, kjo e fundit duhet të merret se përputhet me boshtin e një drite mjaft të ngushtë, por në të njëjtën kohë që ka një gjerësi të kufizuar (dimensionet e seksionit kryq janë shumë më të mëdha se gjatësia e valës). rreze.

Ka rreze drite divergjente, konvergjente dhe thuajse paralele. Shpesh përdoren termat rreze e rrezeve të dritës ose thjesht rrezet e dritës, që do të thotë një grup rrezesh drite që përshkruajnë një rreze të vërtetë drite.

Shpejtësia e dritës në vakum c = 3 108 m/s është një konstante universale dhe nuk varet nga frekuenca. Për herë të parë, shpejtësia e dritës u përcaktua eksperimentalisht me metodën astronomike nga shkencëtari danez O. Roemer. Më saktë, shpejtësia e dritës u mat nga A. Michelson.

Në materie shpejtësia e dritës është më e vogël se në vakum. Raporti i shpejtësisë së dritës në vakum me shpejtësinë e saj në një mjedis të caktuar quhet indeksi absolut i thyerjes së mediumit:

ku c është shpejtësia e dritës në vakum, v është shpejtësia e dritës në një mjedis të caktuar. Indekset absolute të thyerjes së të gjitha substancave janë më të mëdha se uniteti.

Kur drita përhapet përmes një mediumi, ajo përthithet dhe shpërndahet, dhe në ndërfaqen midis mediave ajo reflektohet dhe përthyhet.

Ligji i reflektimit të dritës: rrezja rënëse, rrezja e reflektuar dhe pingulja me ndërfaqen ndërmjet dy mediave, të rivendosura në pikën e rënies së rrezes, shtrihen në të njëjtin rrafsh; këndi i reflektimit g është i barabartë me këndin e rënies a (Fig. 1). Ky ligj përkon me ligjin e reflektimit për valët e çdo natyre dhe mund të merret si pasojë e parimit të Huygens.

Ligji i përthyerjes së dritës: rrezja rënëse, rrezja e përthyer dhe pingulja me ndërfaqen ndërmjet dy mediave, të rivendosura në pikën e rënies së rrezes, shtrihen në të njëjtin rrafsh; raporti i sinusit të këndit të rënies me sinusin e këndit të thyerjes për një frekuencë të caktuar të dritës është një vlerë konstante e quajtur indeksi relativ i thyerjes së mediumit të dytë në raport me të parën:

Ligji i vendosur eksperimentalisht i përthyerjes së dritës shpjegohet në bazë të parimit të Huygens-it. Sipas koncepteve të valës, përthyerja është pasojë e ndryshimeve në shpejtësinë e përhapjes së valës kur kalon nga një mjedis në tjetrin, dhe kuptimi fizik i indeksit relativ të thyerjes është raporti i shpejtësisë së përhapjes së valëve në mjedisin e parë v1 me shpejtësia e përhapjes së tyre në mjedisin e dytë

Për mediat me indekse thyerjeje absolute n1 dhe n2, indeksi relativ i thyerjes së mediumit të dytë në raport me të parën është i barabartë me raportin e indeksit absolut të thyerjes së mediumit të dytë me indeksin absolut të thyerjes së mediumit të parë:

Mjeti që ka një indeks më të lartë thyerjeje quhet optikisht më i dendur; shpejtësia e përhapjes së dritës në të është më e ulët. Nëse drita kalon nga një mjedis optikisht më i dendur në një optikisht më pak të dendur, atëherë në një kënd të caktuar të incidencës a0 këndi i thyerjes duhet të bëhet i barabartë me p/2. Intensiteti i rrezes së thyer në këtë rast bëhet i barabartë me zero. Drita që bie në ndërfaqen midis dy mediave reflektohet plotësisht prej saj.

Këndi i incidencës a0 në të cilin ndodh reflektimi i brendshëm total i dritës quhet këndi kufizues i reflektimit total të brendshëm. Në të gjitha këndet e incidencës të barabarta dhe më të mëdha se a0, ndodh reflektimi total i dritës.

Vlera e këndit kufizues gjendet nga relacioni Nëse n2 = 1 (vakum), atëherë

2 Indeksi i thyerjes së një substance është një vlerë e barabartë me raportin e shpejtësive fazore të dritës (valët elektromagnetike) në një vakum dhe në një mjedis të caktuar. Ata gjithashtu flasin për indeksin e thyerjes për çdo valë tjetër, për shembull, tingull

Indeksi i thyerjes varet nga vetitë e substancës dhe gjatësia e valës së rrezatimit; për disa substanca, indeksi i thyerjes ndryshon mjaft fuqishëm kur frekuenca e valëve elektromagnetike ndryshon nga frekuenca të ulëta në optike dhe më gjerë, dhe gjithashtu mund të ndryshojë edhe më ashpër në zona të caktuara të shkallës së frekuencës. Parazgjedhja zakonisht i referohet diapazonit optik ose diapazonit të përcaktuar nga konteksti.

Ekzistojnë substanca optikisht anizotropike në të cilat indeksi i thyerjes varet nga drejtimi dhe polarizimi i dritës. Substancat e tilla janë mjaft të zakonshme, në veçanti, ato janë të gjitha kristale me një simetri mjaft të ulët të rrjetës kristalore, si dhe substanca që i nënshtrohen deformimit mekanik.

Indeksi i thyerjes mund të shprehet si rrënja e produktit të konstanteve magnetike dhe dielektrike të mediumit

(duhet të merret parasysh se vlerat e përshkueshmërisë magnetike dhe konstantës dielektrike absolute për diapazonin e frekuencës së interesit - për shembull, optik - mund të ndryshojnë shumë nga vlera statike e këtyre vlerave).

Për të matur indeksin e thyerjes, përdoren refraktometra manualë dhe automatikë. Kur përdoret një refraktometër për të përcaktuar përqendrimin e sheqerit në një tretësirë ​​ujore, pajisja quhet sakarimetër.

Raporti i sinusit të këndit të rënies () të rrezes me sinusin e këndit të thyerjes () kur rrezja kalon nga mediumi A në mediumin B quhet indeksi relativ i thyerjes për këtë palë media.

Sasia n është indeksi relativ i thyerjes së mediumit B në raport me mjedisin A, аn" = 1/n është indeksi relativ i thyerjes së mediumit A në raport me mjedisin B.

Kjo vlerë, kur gjërat e tjera janë të barabarta, është zakonisht më e vogël se njësia kur një rreze kalon nga një mjedis më i dendur në një mjedis më pak të dendur dhe më shumë se unitet kur një rreze kalon nga një mjedis më pak i dendur në një mjedis më të dendur (për shembull, nga një gaz ose nga një vakum në një lëng ose të ngurtë). Ekzistojnë përjashtime nga ky rregull, dhe për këtë arsye është e zakonshme që një medium të quhet optikisht më shumë ose më pak i dendur se një tjetër (të mos ngatërrohet me densitetin optik si masë e tejdukshmërisë së një mediumi).

Një rreze që bie nga hapësira pa ajër në sipërfaqen e ndonjë mediumi B thyhet më fort sesa kur bie mbi të nga një mjedis tjetër A; Indeksi i thyerjes së një rrezeje që përplaset në një medium nga hapësira pa ajër quhet indeksi i thyerjes së tij absolut ose thjesht indeksi i thyerjes së një mediumi të caktuar; ky është indeksi i thyerjes, përkufizimi i të cilit është dhënë në fillim të artikullit. Indeksi i thyerjes së çdo gazi, përfshirë ajrin, në kushte normale është shumë më i vogël se indeksi i thyerjes së lëngjeve ose trupave të ngurtë, prandaj, përafërsisht (dhe me saktësi relativisht të mirë) indeksi i thyerjes absolute mund të gjykohet nga indeksi i thyerjes në lidhje me ajrin.

Oriz. 3. Parimi i funksionimit të një refraktometri me ndërhyrje. Rrezja e dritës ndahet në mënyrë që dy pjesët e saj të kalojnë nëpër kuveta me gjatësi l të mbushura me substanca me indekse të ndryshme thyerjeje. Në dalje nga kuvetat, rrezet fitojnë një ndryshim të caktuar të rrugës dhe, duke u bashkuar, japin në ekran një pamje të maksimumit dhe minimumit të interferencës me urdhra k (të paraqitur në mënyrë skematike në të djathtë). Diferenca e indeksit të thyerjes Dn=n2 –n1 =kl/2, ku l është gjatësia e valës së dritës.

Refraktometrit janë instrumente që përdoren për të matur indeksin e thyerjes së substancave. Parimi i funksionimit të një refraktometri bazohet në fenomenin e reflektimit total. Nëse një rreze e shpërndarë drite bie në ndërfaqen midis dy mediave me indekse thyese dhe, nga një mjedis optikisht më i dendur, atëherë, duke filluar nga një kënd i caktuar incidence, rrezet nuk hyjnë në mjedisin e dytë, por reflektohen plotësisht nga ndërfaqja në mediumin e parë. Ky kënd quhet këndi kufizues i reflektimit total. Figura 1 tregon sjelljen e rrezeve kur bien në një rrymë të caktuar të kësaj sipërfaqeje. Rrezja vjen në një kënd ekstrem. Nga ligji i thyerjes mund të përcaktojmë: , (pasi).

Madhësia e këndit kufizues varet nga indeksi relativ i thyerjes së dy mediave. Nëse rrezet e reflektuara nga sipërfaqja drejtohen në një lente grumbulluese, atëherë në rrafshin fokal të thjerrëzës mund të shihni kufirin e dritës dhe gjysmënumbrës, dhe pozicioni i këtij kufiri varet nga vlera e këndit kufizues, dhe për këtë arsye në indeksi i thyerjes. Një ndryshim në indeksin e thyerjes së njërës prej mediave sjell një ndryshim në pozicionin e ndërfaqes. Ndërfaqja midis dritës dhe hijes mund të shërbejë si një tregues gjatë përcaktimit të indeksit të thyerjes, i cili përdoret në refraktometrat. Kjo metodë e përcaktimit të indeksit të thyerjes quhet metoda e reflektimit total

Përveç metodës së reflektimit total, refraktometrit përdorin metodën e rrezeve të kullotjes. Në këtë metodë, një rreze e shpërndarë drite godet kufirin nga një mjedis më pak i dendur optikisht në të gjitha këndet e mundshme (Fig. 2). Rrezja që rrëshqet përgjatë sipërfaqes () korrespondon me këndin kufizues të thyerjes (rrezja në Fig. 2). Nëse vendosim një lente në rrugën e rrezeve () të përthyera në sipërfaqe, atëherë në rrafshin fokal të thjerrëzës do të shohim gjithashtu një kufi të mprehtë midis dritës dhe hijes.

Meqenëse kushtet që përcaktojnë vlerën e këndit kufizues janë të njëjta në të dyja metodat, pozicioni i ndërfaqes është i njëjtë. Të dyja metodat janë ekuivalente, por metoda e reflektimit total ju lejon të matni indeksin e thyerjes së substancave të errëta

Rruga e rrezeve në një prizëm trekëndor

Figura 9 tregon një seksion kryq të një prizmi xhami me një plan pingul me skajet e tij anësore. Rrezja në prizëm devijohet drejt bazës, duke u thyer në skajet OA dhe 0B. Këndi j ndërmjet këtyre faqeve quhet kënd thyes i prizmit. Këndi i devijimit të rrezes varet nga këndi i thyerjes së prizmit, indeksi i thyerjes n i materialit të prizmit dhe këndi i rënies. Mund të llogaritet duke përdorur ligjin e thyerjes (1.4).

Refraktometri përdor një burim drite të bardhë 3. Për shkak të shpërndarjes, kur drita kalon nëpër prizmat 1 dhe 2, kufiri i dritës dhe hijes rezulton të jetë i ngjyrosur. Për të shmangur këtë, para thjerrëzës së teleskopit vendoset një kompensues 4. Ai përbëhet nga dy prizma identike, secila prej të cilave është ngjitur së bashku nga tre prizma me indekse të ndryshme thyerjeje. Prizmat zgjidhen në mënyrë që një rreze monokromatike me një gjatësi vale = 589,3 μm. (gjatësia valore e vijës së verdhë të natriumit) nuk u testua pasi kaloi kompensuesin e devijimit. Rrezet me gjatësi vale të tjera devijohen nga prizmat në drejtime të ndryshme. Duke lëvizur prizmat e kompensuesit duke përdorur një dorezë të veçantë, ne sigurojmë që kufiri midis dritës dhe errësirës të bëhet sa më i qartë.

Rrezet e dritës, pasi kanë kaluar kompensuesin, hyjnë në thjerrëzën 6 të teleskopit. Imazhi i ndërfaqes dritë-hije shihet përmes okularit 7 të teleskopit. Në të njëjtën kohë, shkalla 8 shihet përmes okularit. Meqenëse këndi kufizues i thyerjes dhe këndi kufizues i reflektimit total varen nga indeksi i thyerjes së lëngut, vlerat e këtij indeksi thyes shënohen menjëherë në shkallën e refraktometrit. .

Sistemi optik i refraktometrit përmban gjithashtu një prizëm rrotullues 5. Ai ju lejon të poziciononi boshtin e teleskopit pingul me prizmat 1 dhe 2, gjë që e bën vëzhgimin më të përshtatshëm.

Indeksi i thyerjes

Indeksi i thyerjes substanca - një sasi e barabartë me raportin e shpejtësive fazore të dritës (valët elektromagnetike) në një vakum dhe në një mjedis të caktuar. Gjithashtu, ndonjëherë flitet për indeksin e thyerjes për çdo valë tjetër, për shembull, tingull, megjithëse në raste të tilla si kjo e fundit, definicioni, natyrisht, duhet të modifikohet disi.

Indeksi i thyerjes varet nga vetitë e substancës dhe gjatësia e valës së rrezatimit; për disa substanca, indeksi i thyerjes ndryshon mjaft fuqishëm kur frekuenca e valëve elektromagnetike ndryshon nga frekuenca të ulëta në optike dhe më gjerë, dhe gjithashtu mund të ndryshojë edhe më ashpër në rajone të caktuara të shkallës së frekuencës. Parazgjedhja zakonisht i referohet diapazonit optik ose diapazonit të përcaktuar nga konteksti.

Lidhjet

• RefractiveIndex.INFO databaza e indeksit të thyerjes

Fondacioni Wikimedia. 2010.

Shihni se çfarë është "Indeksi i Përthyerjes" në fjalorë të tjerë:

Relativ i dy mediave n21, raporti pa dimension i shpejtësive të përhapjes së rrezatimit optik (c dritë) në median e parë (c1) dhe të dytë (c2): n21 = c1/c2. Në të njëjtën kohë lidhet. P. p. është raporti i sinuseve të g l a p a d e n i j dhe y g l ... ... Enciklopedi fizike

Shihni Indeksin e Përthyerjes...

Shihni indeksin e thyerjes. * * * INDEKSI I REFRAKTIMIT INDEKSI I PRAKTIMIT, shih Indeksi i Përthyerjes (shih INDEKSI I REFRAKTIVËS) ... fjalor enciklopedik- INDEKSI PRAKTIV, një sasi që karakterizon mjedisin dhe e barabartë me raportin e shpejtësisë së dritës në vakum me shpejtësinë e dritës në mjedis (indeksi absolut i thyerjes). Indeksi i thyerjes n varet nga e dielektrike dhe përshkueshmëria magnetike m... ... Fjalor Enciklopedik i Ilustruar

- (shih INDEKSI I REFRAKSIONIT). Fjalor enciklopedik fizik. M.: Enciklopedia Sovjetike. Kryeredaktori A. M. Prokhorov. 1983... Enciklopedi fizike

Shihni Indeksin e Përthyerjes... Enciklopedia e Madhe Sovjetike

Raporti i shpejtësisë së dritës në vakum me shpejtësinë e dritës në një mjedis (indeksi absolut i thyerjes). Indeksi relativ i thyerjes së 2 mediave është raporti i shpejtësisë së dritës në mjedisin nga i cili drita bie në ndërfaqe me shpejtësinë e dritës në të dytën... ... Fjalori i madh enciklopedik

INDEKSI I REFLAKSIONIT(indeksi i thyerjes) - optik. karakteristikë e mjedisit të lidhur me përthyerja e dritës në ndërfaqen midis dy mediave transparente optikisht homogjene dhe izotropike gjatë kalimit të saj nga një mjedis në tjetrin dhe për shkak të ndryshimit në shpejtësitë fazore të përhapjes së dritës në media. Vlera e P. p. është e barabartë me raportin e këtyre shpejtësive. i afërm

P. p. të këtyre mjediseve. Nëse drita bie mbi mediumin e dytë ose të parë nga (nga është shpejtësia e dritës Me), pastaj sasitë pp absolute e këtyre mesatareve. Në këtë rast, ligji i thyerjes a mund të shkruhet në formën ku dhe janë këndet e rënies dhe të thyerjes.

Madhësia e faktorit absolut të fuqisë varet nga natyra dhe struktura e substancës, gjendja e grumbullimit të saj, temperatura, presioni, etj. Në intensitete të larta, faktori i fuqisë varet nga intensiteti i dritës (shih. Optika jolineare). Në një sërë substancash, P. ndryshon nën ndikimin e ndikimeve të jashtme. elektrike fusha ( Efekti Kerr- në lëngje dhe gazra; elektro-optike Efekti i xhepit- në kristale).

Për një mjedis të caktuar, brezi i përthithjes varet nga gjatësia e valës së dritës l, dhe në rajonin e brezave të absorbimit kjo varësi është anormale (shih Fig. Shpërndarja e dritës).Në rëntgen. rajoni, faktori i fuqisë për pothuajse të gjitha mediat është afër 1, në rajonin e dukshëm për lëngjet dhe trupat e ngurtë është rreth 1.5; në rajonin IR për një numër mediash transparente 4.0 (për Ge).

Lit.: Landsberg G.S., Optika, botimi i 5-të, M., 1976; Sivukhin D.V., Kursi i përgjithshëm, botimi i 2-të, [vëll. 4] - Optika, M., 1985. V. I. Malyshev,