As leis da física desempenham um papel muito importante na realização de cálculos para o planejamento de uma estratégia específica para a produção de qualquer produto ou na elaboração de um projeto para a construção de estruturas para diversos fins. Muitos valores são calculados, portanto, medições e cálculos são feitos antes de iniciar o trabalho de planejamento. Por exemplo, o índice de refração do vidro é igual à razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração.

Então, primeiro há um processo de medição de ângulos, então seu seno é calculado e só então você pode obter o valor desejado. Apesar da disponibilidade de dados tabulares, vale a pena realizar cálculos adicionais todas as vezes, pois os livros de referência geralmente usam condições ideais quase impossíveis de alcançar na vida real. Portanto, na realidade, o indicador necessariamente será diferente do tabular, e em algumas situações isso é de fundamental importância.

Indicador absoluto

O índice de refração absoluto depende da marca do vidro, pois na prática há um grande número de opções que diferem na composição e no grau de transparência. Em média, é 1,5 e oscila em torno desse valor em 0,2 em uma direção ou outra. Em casos raros, pode haver desvios deste valor.

Novamente, se um indicador exato é importante, medições adicionais são indispensáveis. Mas mesmo eles não dão um resultado 100% confiável, pois a posição do sol no céu e a nebulosidade no dia das medições afetarão o valor final. Felizmente, em 99,99% dos casos, basta saber que o índice de refração de um material como o vidro é maior que um e menor que dois, e todos os outros décimos e centésimos não desempenham um papel.

Em fóruns que ajudam a resolver problemas de física, a pergunta geralmente aparece: qual é o índice de refração do vidro e do diamante? Muitas pessoas pensam que, como essas duas substâncias são semelhantes na aparência, suas propriedades devem ser aproximadamente as mesmas. Mas isso é uma ilusão.

A refração máxima para o vidro será em torno de 1,7, enquanto para o diamante esse valor chega a 2,42. Esta gema é um dos poucos materiais da Terra cujo índice de refração excede 2. Isso se deve à sua estrutura cristalina e à grande difusão dos raios de luz. A lapidação desempenha um papel mínimo nas alterações no valor da tabela.

Indicador relativo

O indicador relativo para alguns ambientes pode ser caracterizado da seguinte forma:

• - o índice de refração do vidro em relação à água é de aproximadamente 1,18;
• - o índice de refração do mesmo material em relação ao ar é igual a 1,5;
• - índice de refração em relação ao álcool - 1.1.

A medição do indicador e o cálculo do valor relativo são realizados de acordo com um algoritmo bem conhecido. Para encontrar um parâmetro relativo, você precisa dividir um valor de tabela por outro. Ou faça cálculos experimentais para dois ambientes e depois divida os dados obtidos. Tais operações são frequentemente realizadas em aulas de laboratório de física.

Determinação do índice de refração

É bastante difícil determinar o índice de refração do vidro na prática, porque são necessários instrumentos de alta precisão para medir os dados iniciais. Qualquer erro aumentará, pois o cálculo usa fórmulas complexas que exigem a ausência de erros.

Em geral, esse coeficiente mostra quantas vezes a velocidade de propagação dos raios de luz diminui ao passar por um determinado obstáculo. Portanto, é típico apenas para materiais transparentes. Para o valor de referência, ou seja, para a unidade, é tomado o índice de refração dos gases. Isso foi feito para poder partir de algum valor nos cálculos.

Se um raio de sol cair em uma superfície de vidro com um índice de refração igual ao valor da tabela, ele poderá ser alterado de várias maneiras:

• 1. Cole um filme por cima, no qual o índice de refração seja maior que o do vidro. Este princípio é usado na pintura dos vidros dos carros para melhorar o conforto dos passageiros e permitir que o motorista veja a estrada com mais clareza. Além disso, o filme irá reter e radiação ultravioleta.
• 2. Pinte o vidro com tinta. Isso é o que os fabricantes de óculos de sol baratos fazem, mas esteja ciente de que pode ser prejudicial à sua visão. Nos bons modelos, os óculos são imediatamente produzidos coloridos com uma tecnologia especial.
• 3. Mergulhe o copo em algum líquido. Isso só é útil para experimentos.

Se o feixe de luz passa do vidro, o índice de refração no próximo material é calculado usando o coeficiente relativo, que pode ser obtido comparando os valores tabulares entre si. Esses cálculos são muito importantes no projeto de sistemas ópticos que carregam uma carga prática ou experimental. Erros não são permitidos aqui, porque causarão mau funcionamento de todo o dispositivo e, em seguida, quaisquer dados recebidos com ele serão inúteis.

Para determinar a velocidade da luz no vidro com índice de refração, você precisa dividir o valor absoluto da velocidade no vácuo pelo índice de refração. O vácuo é usado como meio de referência, pois a refração não atua nele devido à ausência de quaisquer substâncias que possam interferir no movimento desimpedido dos raios de luz ao longo de uma determinada trajetória.

Em qualquer indicador calculado, a velocidade será menor que no meio de referência, pois o índice de refração é sempre maior que um.

No curso de física da 8ª série, você se familiarizou com o fenômeno da refração da luz. Agora você sabe que a luz são ondas eletromagnéticas de uma certa faixa de frequência. Com base no conhecimento sobre a natureza da luz, você poderá entender a causa física da refração e explicar muitos outros fenômenos de luz associados a ela.

Arroz. 141. Passando de um meio para outro, o feixe é refratado, ou seja, muda a direção de propagação

De acordo com a lei da refração da luz (Fig. 141):

• os raios incidentes, refratados e perpendiculares à interface entre dois meios no ponto de incidência do feixe encontram-se no mesmo plano; a razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é um valor constante para esses dois meios

onde n 21 é o índice de refração relativo do segundo meio em relação ao primeiro.

Se o feixe passa para qualquer meio a partir do vácuo, então

onde n é o índice de refração absoluto (ou simplesmente índice de refração) do segundo meio. Neste caso, o primeiro "ambiente" é o vácuo, cujo índice absoluto é tomado como um.

A lei da refração da luz foi descoberta empiricamente pelo cientista holandês Willebord Snellius em 1621. A lei foi formulada em um tratado sobre óptica, que foi encontrado nos papéis do cientista após sua morte.

Após a descoberta de Snell, vários cientistas apresentaram a hipótese de que a refração da luz se deve a uma mudança em sua velocidade quando passa pela fronteira de dois meios. A validade desta hipótese foi confirmada por provas teóricas realizadas independentemente pelo matemático francês Pierre Fermat (em 1662) e pelo físico holandês Christian Huygens (em 1690). Por caminhos diferentes chegaram ao mesmo resultado, provando que

• a razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é um valor constante para esses dois meios, igual à razão das velocidades da luz nesses meios:

(3)

Da equação (3) segue-se que se o ângulo de refração β for menor que o ângulo de incidência a, então a luz de uma dada frequência no segundo meio se propaga mais lentamente do que no primeiro, ou seja, V 2

A relação das grandezas incluídas na equação (3) serviu como uma boa razão para o surgimento de outra formulação da definição do índice de refração relativo:

• o índice de refração relativo do segundo meio em relação ao primeiro é uma quantidade física igual à razão das velocidades da luz nestes meios:

n 21 \u003d v 1 / v 2 (4)

Deixe um feixe de luz passar do vácuo para algum meio. Substituindo v1 na equação (4) pela velocidade da luz no vácuo c, e v 2 pela velocidade da luz em um meio v, obtemos a equação (5), que é a definição do índice de refração absoluto:

• o índice de refração absoluto de um meio é uma quantidade física igual à razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz em um determinado meio:

De acordo com as equações (4) e (5), n 21 mostra quantas vezes a velocidade da luz muda quando passa de um meio para outro, e n - quando passa do vácuo para um meio. Este é o significado físico dos índices de refração.

O valor do índice de refração absoluto n de qualquer substância é maior que a unidade (isso é confirmado pelos dados contidos nas tabelas dos livros de referência física). Então, de acordo com a equação (5), c/v > 1 e c > v, ou seja, a velocidade da luz em qualquer substância é menor que a velocidade da luz no vácuo.

Sem dar justificativas rigorosas (são complexas e incômodas), notamos que o motivo da diminuição da velocidade da luz ao passar do vácuo para a matéria é a interação de uma onda de luz com átomos e moléculas da matéria. Quanto maior a densidade óptica da substância, mais forte essa interação, menor a velocidade da luz e maior o índice de refração. Assim, a velocidade da luz em um meio e o índice de refração absoluto são determinados pelas propriedades desse meio.

De acordo com os valores numéricos dos índices de refração das substâncias, pode-se comparar suas densidades ópticas. Por exemplo, os índices de refração de vários tipos de vidro variam de 1,470 a 2,040, enquanto o índice de refração da água é de 1,333. Isso significa que o vidro é um meio opticamente mais denso que a água.

Passemos à Figura 142, com a ajuda da qual podemos explicar por que, na fronteira de dois meios, com uma mudança de velocidade, a direção de propagação de uma onda de luz também muda.

Arroz. 142. Quando as ondas de luz passam do ar para a água, a velocidade da luz diminui, a frente da onda e com ela sua velocidade mudam de direção

A figura mostra uma onda de luz passando do ar para a água e incidindo na interface entre esses meios em um ângulo a. No ar, a luz se propaga a uma velocidade v 1 e na água a uma velocidade menor v 2 .

O ponto A da onda atinge o limite primeiro. Durante um período de tempo Δt, o ponto B, movendo-se no ar com a mesma velocidade v 1, atingirá o ponto B. "Durante o mesmo tempo, o ponto A, movendo-se na água a uma velocidade menor v 2, cobrirá uma distância menor , atingindo apenas o ponto A". Neste caso, a chamada frente de onda A "B" na água será girada em um determinado ângulo em relação à frente da onda AB no ar. E o vetor velocidade (que é sempre perpendicular à frente de onda e coincide com a direção de sua propagação) gira, aproximando-se da linha reta OO", perpendicular à interface entre os meios. Neste caso, o ângulo de refração β resulta ser menor que o ângulo de incidência α. É assim que ocorre a refração da luz.

Também pode ser visto na figura que ao passar para outro meio e virar a frente de onda, o comprimento de onda também muda: ao passar para um meio opticamente mais denso, a velocidade diminui, o comprimento de onda também diminui (λ 2< λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.

Perguntas

1. Qual das duas substâncias é opticamente mais densa?
2. Como os índices de refração são determinados em termos da velocidade da luz na mídia?
3. Onde a luz viaja mais rápido?
4. Qual é a razão física para a diminuição da velocidade da luz quando ela passa do vácuo para um meio ou de um meio com densidade óptica menor para um meio com densidade mais alta?
5. O que determina (ou seja, do que eles dependem) o índice de refração absoluto do meio e a velocidade da luz nele?
6. Explique o que a Figura 142 ilustra.

Um exercício

Passemos a uma consideração mais detalhada do índice de refração introduzido por nós no § 81 ao formular a lei da refração.

O índice de refração depende das propriedades ópticas e do meio de onde o feixe cai e do meio no qual ele penetra. O índice de refração obtido quando a luz do vácuo incide sobre um meio é chamado de índice de refração absoluto desse meio.

Arroz. 184. Índice de refração relativo de dois meios:

Seja o índice de refração absoluto do primeiro meio e o segundo meio - . Considerando a refração no limite do primeiro e do segundo meio, garantimos que o índice de refração durante a transição do primeiro meio para o segundo, o chamado índice de refração relativo, seja igual à razão dos índices de refração absolutos do segunda e primeira mídia:

(Fig. 184). Ao contrário, ao passar do segundo meio para o primeiro, temos um índice de refração relativo

A conexão estabelecida entre o índice de refração relativo de dois meios e seus índices de refração absolutos também poderia ser derivada teoricamente, sem novos experimentos, assim como pode ser feito para a lei da reversibilidade (§ 82),

Um meio com um índice de refração mais alto é dito opticamente mais denso. O índice de refração de vários meios em relação ao ar é geralmente medido. O índice de refração absoluto do ar é . Assim, o índice de refração absoluto de qualquer meio está relacionado ao seu índice de refração em relação ao ar pela fórmula

Tabela 6. Índice de refração de várias substâncias em relação ao ar

O índice de refração depende do comprimento de onda da luz, ou seja, de sua cor. Cores diferentes correspondem a diferentes índices de refração. Este fenômeno, chamado de dispersão, desempenha um papel importante na óptica. Vamos lidar com esse fenômeno repetidamente em capítulos posteriores. Os dados dados na tabela. 6, consulte a luz amarela.

É interessante notar que a lei da reflexão pode ser formalmente escrita na mesma forma que a lei da refração. Lembre-se de que concordamos em sempre medir os ângulos da perpendicular ao raio correspondente. Portanto, devemos considerar que o ângulo de incidência e o ângulo de reflexão têm sinais opostos, ou seja, a lei da reflexão pode ser escrita como

Comparando (83.4) com a lei da refração, vemos que a lei da reflexão pode ser considerada como um caso especial da lei da refração em . Essa semelhança formal entre as leis de reflexão e refração é de grande utilidade na resolução de problemas práticos.

Na apresentação anterior, o índice de refração tinha o significado de uma constante do meio, independente da intensidade da luz que o atravessa. Tal interpretação do índice de refração é bastante natural, porém, no caso de altas intensidades de radiação atingíveis com lasers modernos, não se justifica. As propriedades do meio por onde passa a radiação luminosa forte, neste caso, dependem de sua intensidade. Como se costuma dizer, o meio torna-se não-linear. A não linearidade do meio se manifesta, em particular, no fato de que uma onda de luz de alta intensidade altera o índice de refração. A dependência do índice de refração da intensidade de radiação tem a forma

Aqui, é o índice de refração usual, a é o índice de refração não linear e é o fator de proporcionalidade. O termo adicional nesta fórmula pode ser positivo ou negativo.

As mudanças relativas no índice de refração são relativamente pequenas. No índice de refração não linear. No entanto, mesmo essas pequenas mudanças no índice de refração são perceptíveis: elas se manifestam em um fenômeno peculiar de autofocalização da luz.

Considere um meio com um índice de refração não linear positivo. Neste caso, as áreas de maior intensidade de luz são áreas simultâneas de índice de refração aumentado. Normalmente, na radiação laser real, a distribuição de intensidade ao longo da seção transversal do feixe não é uniforme: a intensidade é máxima ao longo do eixo e diminui suavemente em direção às bordas do feixe, como mostrado na Fig. 185 curvas sólidas. Uma distribuição semelhante também descreve a mudança no índice de refração ao longo da seção transversal de uma célula com um meio não linear, ao longo do eixo do qual o feixe de laser se propaga. O índice de refração, que é maior ao longo do eixo da célula, diminui gradualmente em direção às suas paredes (curvas tracejadas na Fig. 185).

Um feixe de raios que emerge do laser paralelo ao eixo, caindo em um meio com índice de refração variável, é desviado na direção em que é maior. Portanto, um aumento da intensidade na vizinhança da célula OSP leva a uma concentração de raios de luz nesta região, que é mostrada esquematicamente em seções transversais e na Fig. 185, e isso leva a um aumento adicional de . Em última análise, a seção transversal efetiva de um feixe de luz que passa por um meio não linear diminui significativamente. A luz passa como se passasse por um canal estreito com um índice de refração aumentado. Assim, o feixe de laser se estreita e o meio não linear atua como uma lente convergente sob a ação de intensa radiação. Esse fenômeno é chamado de autofocalização. Pode ser observado, por exemplo, no nitrobenzeno líquido.

Arroz. 185. Distribuição da intensidade de radiação e índice de refração sobre a seção transversal do feixe de raios laser na entrada da cubeta (a), perto da extremidade de entrada (), no meio (), perto da extremidade de saída da cubeta ( )

Determinação do índice de refração de sólidos transparentes

E líquidos

Instrumentos e acessórios: um microscópio com filtro de luz, uma placa plana-paralela com uma marca AB em forma de cruz; refratômetro marca "RL"; conjunto de líquidos.

Objetivo: determinar os índices de refração de vidro e líquidos.

Determinação do índice de refração do vidro usando um microscópio

Para determinar o índice de refração de um sólido transparente, é usada uma placa plana paralela feita desse material com uma marca.

A marca consiste em dois arranhões mutuamente perpendiculares, um dos quais (A) é aplicado na parte inferior e o segundo (B) - na superfície superior da placa. A placa é iluminada com luz monocromática e examinada ao microscópio. No
arroz. 4.7 mostra um corte da placa investigada por um plano vertical.

Os raios AD e AE após a refração na interface vidro-ar vão nas direções DD1 e EE1 e caem na objetiva do microscópio.

Um observador que olha para a placa de cima vê o ponto A na interseção da continuação dos raios DD1 e EE1, ou seja, no ponto C

Assim, o ponto A parece ao observador localizado no ponto C. Vamos encontrar a relação entre o índice de refração n do material da placa, a espessura d e a espessura aparente d1 da placa.

4.7 pode-se ver que VD \u003d BCtgi, BD \u003d ABtgr, de onde

tgi/tgr = AB/BC,

onde AB = d é a espessura da placa; BC = d1 espessura aparente da placa.

Se os ângulos i e r são pequenos, então

Sini/Sinr = tgi/tgr, (4,5)

Essa. Sini/Sinr = d/d1.

Levando em conta a lei da refração da luz, obtemos

A medição de d/d1 é feita usando um microscópio.

O esquema óptico do microscópio consiste em dois sistemas: um sistema de observação, que inclui uma objetiva e uma ocular montada em um tubo, e um sistema de iluminação, composto por um espelho e um filtro de luz removível. A focagem da imagem é realizada girando as alças localizadas em ambos os lados do tubo.

No eixo da alça direita há um disco com uma escala de membro.

A leitura b no membro em relação ao ponteiro fixo determina a distância h da objetiva à platina do microscópio:

O coeficiente k indica a que altura o tubo do microscópio se move quando a alça é girada em 1°.

O diâmetro da objetiva nesta configuração é pequeno em comparação com a distância h, de modo que o feixe mais externo que entra na objetiva forma um pequeno ângulo i com o eixo óptico do microscópio.

O ângulo de refração r da luz na placa é menor que o ângulo i, ou seja, também é pequeno, o que corresponde à condição (4.5).

Ordem de serviço

1. Coloque a placa na platina do microscópio de modo que o ponto de intersecção dos traços A e B (ver Fig.

Índice de refração

4.7) estava no campo de visão.

2. Gire a alça do mecanismo de elevação para levantar o tubo para a posição superior.

3. Olhando pela ocular, abaixe lentamente o tubo do microscópio girando a alça até obter uma imagem nítida do arranhão B, aplicado à superfície superior da placa, no campo de visão. Registre a indicação b1 do membro, que é proporcional à distância h1 da objetiva do microscópio até a borda superior da placa: h1 = kb1 (Fig.

4. Continue abaixando o tubo suavemente até obter uma imagem nítida do arranhão A, que parece ao observador localizado no ponto C. Registre uma nova leitura b2 do limbo. A distância h1 da objetiva até a superfície superior da placa é proporcional a b2:
h2 = kb2 (Fig. 4.8, b).

As distâncias dos pontos B e C até a lente são iguais, pois o observador os vê com igual clareza.

O deslocamento do tubo h1-h2 é igual à espessura aparente da placa (Fig.

d1 = h1-h2 = (b1-b2)k. (4.8)

5. Meça a espessura da placa d na interseção dos traços. Para isso, coloque uma placa de vidro auxiliar 2 sob a placa de teste 1 (Fig. 4.9) e abaixe o tubo do microscópio até que a lente toque (levemente) na placa de teste. Observe a indicação do membro a1. Retire a placa em estudo e abaixe o tubo do microscópio até que a objetiva toque a placa 2.

Observe a indicação a2.

Ao mesmo tempo, a objetiva do microscópio cairá para uma altura igual à espessura da placa em estudo, ou seja,

d = (a1-a2)k. (4.9)

6. Calcule o índice de refração do material da placa usando a fórmula

n = d/d1 = (a1-a2)/(b1-b2). (4.10)

7. Repita todas as medições acima 3-5 vezes, calcule o valor médio n, erros absolutos e relativos rn e rn/n.

Determinação do índice de refração de líquidos usando um refratômetro

Os instrumentos usados ​​para determinar os índices de refração são chamados de refratômetros.

A visão geral e o esquema óptico do refratômetro RL são mostrados na fig. 4.10 e 4.11.

A medição do índice de refração de líquidos usando um refratômetro RL é baseada no fenômeno de refração da luz que passou pela interface entre dois meios com diferentes índices de refração.

Feixe de luz (Fig.

4.11) de uma fonte 1 (uma lâmpada incandescente ou luz diurna difusa) com a ajuda de um espelho 2 é direcionado através de uma janela na caixa do instrumento para um prisma duplo composto pelos prismas 3 e 4, que são feitos de vidro com índice de refração de 1.540.

Superfície AA do prisma de iluminação superior 3 (Fig.

4.12, a) é fosco e serve para iluminar o líquido com luz difusa depositada em uma fina camada no vão entre os prismas 3 e 4. A luz espalhada pela superfície fosca 3 passa por uma camada plano-paralela do líquido em estudo e cai na face diagonal do explosivo do prisma inferior 4 sob diferentes
ângulos i variando de zero a 90°.

Para evitar o fenômeno de reflexão interna total da luz na superfície explosiva, o índice de refração do líquido investigado deve ser menor que o índice de refração do vidro do prisma 4, ou seja,

menos de 1.540.

Um feixe de luz com um ângulo de incidência de 90° é chamado de feixe deslizante.

O feixe deslizante, refratado na interface líquido-vidro, irá no prisma 4 no ângulo limite de refração r etc< 90о.

A refração de um feixe deslizante no ponto D (ver Figura 4.12, a) obedece à lei

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

ou nzh = nstsinrpr, (4.12)

uma vez que sinipr = 1.

Na superfície BC do prisma 4, os raios de luz são refratados e então

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a, (4.14)

onde a é o feixe de refração do prisma 4.

Resolvendo em conjunto o sistema de equações (4.12), (4.13), (4.14), podemos obter uma fórmula que relaciona o índice de refração nzh do líquido em estudo com o ângulo limite de refração r'pr do feixe que emergiu do prisma 4:

Se uma luneta for colocada no caminho dos raios que emergem do prisma 4, a parte inferior de seu campo de visão será iluminada e a parte superior escura. A interface entre os campos claro e escuro é formada por raios com um ângulo de refração limitante r¢pr. Não há raios com ângulo de refração menor que r¢pr neste sistema (Fig.

O valor de r¢pr, portanto, e a posição do contorno claro-escuro dependem apenas do índice de refração nzh do líquido em estudo, pois nst e a são valores constantes neste dispositivo.

Conhecendo nst, a e r¢pr, é possível calcular nzh usando a fórmula (4.15). Na prática, a fórmula (4.15) é usada para calibrar a escala do refratômetro.

Na escala 9 (ver

arroz. 4.11), os valores do índice de refração para ld = 5893 Å são plotados à esquerda. Na frente da ocular 10 - 11 existe uma placa 8 com uma marca (--).

Movendo a ocular junto com a placa 8 ao longo da escala, é possível obter o alinhamento da marca com a linha divisória entre os campos de visão escuro e claro.

A divisão da escala graduada 9, coincidindo com a marca, dá o valor do índice de refração nzh do líquido em estudo. A objetiva 6 e a ocular 10-11 formam um telescópio.

O prisma rotativo 7 altera o curso do feixe, direcionando-o para a ocular.

Devido à dispersão do vidro e do líquido em estudo, em vez de uma linha divisória clara entre campos escuros e claros, quando observados em luz branca, obtém-se uma faixa iridescente. Para eliminar este efeito, o compensador de dispersão 5 é instalado na frente da lente do telescópio. A parte principal do compensador é um prisma, que é colado a partir de três prismas e pode girar em relação ao eixo do telescópio.

Os ângulos de refração do prisma e seu material são escolhidos de modo que a luz amarela com comprimento de onda ld = 5893 Å passe por eles sem refração. Se um prisma compensatório for instalado no caminho dos raios coloridos de modo que sua dispersão seja igual em magnitude, mas de sinal oposto à dispersão do prisma de medição e do líquido, a dispersão total será igual a zero. Nesse caso, o feixe de raios de luz se reunirá em um feixe branco, cuja direção coincide com a direção do feixe amarelo limitante.

Assim, quando o prisma compensatório gira, a cor da tonalidade da cor é eliminada. Juntamente com o prisma 5, o membro de dispersão 12 gira em relação ao ponteiro fixo (ver Fig. 4.10). O ângulo de rotação Z do membro permite julgar o valor da dispersão média do líquido investigado.

A escala do mostrador deve ser graduada. A programação está anexada à instalação.

Ordem de serviço

1. Levante o prisma 3, coloque 2-3 gotas do líquido de teste na superfície do prisma 4 e abaixe o prisma 3 (veja a Fig. 4.10).

3. Usando a mira ocular, obtenha uma imagem nítida da escala e da interface entre os campos de visão.

4. Girando a alça 12 do compensador 5, destrua a coloração colorida da interface entre os campos de visão.

Movendo a ocular ao longo da escala, alinhe a marca (—-) com a borda dos campos claro e escuro e registre o valor do índice de líquido.

6. Investigue o conjunto de líquidos proposto e avalie o erro de medição.

7. Após cada medição, limpe a superfície dos prismas com papel filtro embebido em água destilada.

perguntas do teste

Opção 1

Defina os índices de refração absolutos e relativos de um meio.

2. Desenhe o caminho dos raios através da interface de duas mídias (n2> n1 e n2< n1).

3. Obtenha uma relação que relacione o índice de refração n com a espessura d e a espessura aparente d¢ da placa.

4. Uma tarefa. O ângulo limite da reflexão interna total para alguma substância é 30°.

Encontre o índice de refração dessa substância.

Resposta: n=2.

opção 2

1. O que é o fenômeno da reflexão interna total?

2. Descreva o projeto e o princípio de operação do refratômetro RL-2.

3. Explique o papel do compensador em um refratômetro.

4. Uma tarefa. Uma lâmpada é baixada do centro de uma balsa redonda até uma profundidade de 10 m. Encontre o raio mínimo da balsa, enquanto nem um único raio da lâmpada deve atingir a superfície.

Resposta: R = 11,3 m.

ÍNDICE DE REFRAÇÃO, ou COEFICIENTE REFRATIVO, é um número abstrato que caracteriza o poder de refração de um meio transparente. O índice de refração é denotado pela letra latina π e é definido como a razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração de um feixe que entra de um vazio em um determinado meio transparente:

n = sen α/sen β = const ou como a razão entre a velocidade da luz em um vazio e a velocidade da luz em um dado meio transparente: n = c/νλ do vazio para o dado meio transparente.

O índice de refração é considerado uma medida da densidade óptica de um meio

O índice de refração determinado dessa maneira é chamado de índice de refração absoluto, em contraste com o índice de refração relativo.

e. mostra quantas vezes a velocidade de propagação da luz diminui quando seu índice de refração passa, que é determinado pela razão do seno do ângulo de incidência para o seno do ângulo de refração quando o feixe passa de um meio de uma densidade para um meio de outra densidade. O índice de refração relativo é igual à razão dos índices de refração absolutos: n = n2/n1, onde n1 e n2 são os índices de refração absolutos do primeiro e segundo meios.

O índice de refração absoluto de todos os corpos - sólidos, líquidos e gasosos - é maior que um e varia de 1 a 2, superando o valor de 2 apenas em casos raros.

O índice de refração depende tanto das propriedades do meio quanto do comprimento de onda da luz e aumenta com a diminuição do comprimento de onda.

Portanto, um índice é atribuído à letra p, indicando a qual comprimento de onda o indicador se refere.

ÍNDICE DE REFRAÇÃO

Por exemplo, para o vidro TF-1, o índice de refração na parte vermelha do espectro é nC=1,64210 e na parte violeta nG'=1,67298.

Índices de refração de alguns corpos transparentes

Ar - 1.000292

Água - 1.334

Éter - 1.358

Álcool etílico - 1.363

Glicerina - 1, 473

Vidro orgânico (plexiglass) - 1, 49

Benzeno - 1.503

(Vidro de coroa - 1.5163

Abeto (canadense), bálsamo 1,54

Vidro de coroa pesado - 1, 61 26

Vidro de sílex - 1.6164

Dissulfeto de carbono - 1,629

Pedra pesada de vidro - 1, 64 75

Monobromonaftaleno - 1,66

O vidro é a pedra mais pesada - 1,92

Diamante - 2,42

A diferença no índice de refração para diferentes partes do espectro é a causa do cromatismo, ou seja,

decomposição da luz branca ao passar por partes refratárias - lentes, prismas, etc.

Laboratório nº 41

Determinação do índice de refração de líquidos usando um refratômetro

O objetivo do trabalho: determinação do índice de refração de líquidos pelo método de reflexão interna total usando um refratômetro IRF-454B; estudo da dependência do índice de refração da solução em sua concentração.

Descrição da instalação

Quando a luz não monocromática é refratada, ela é decomposta em cores componentes em um espectro.

Este fenômeno é devido à dependência do índice de refração de uma substância na frequência (comprimento de onda) da luz e é chamado de dispersão da luz.

É costume caracterizar o poder de refração de um meio pelo índice de refração em um comprimento de onda λ \u003d 589,3 nm (média dos comprimentos de onda de duas linhas amarelas próximas no espectro de vapor de sódio).

60. Quais métodos para determinar a concentração de substâncias na solução são usados ​​na análise de absorção atômica?

Este índice de refração é indicado nD.

A medida de variância é a variância média, definida como a diferença ( nF-nC), Onde nFé o índice de refração de uma substância em um comprimento de onda λ = 486,1 nm (linha azul no espectro de hidrogênio), nCé o índice de refração de uma substância λ - 656,3 nm (linha vermelha no espectro do hidrogênio).

A refração de uma substância é caracterizada pelo valor da dispersão relativa:
Os manuais geralmente dão o recíproco da dispersão relativa, ou seja,

e.
,Onde é o coeficiente de dispersão, ou o número de Abbe.

Um aparelho para determinar o índice de refração de líquidos consiste em um refratômetro IRF-454B com os limites de medição do indicador; refração nD na faixa de 1,2 a 1,7; líquido de teste, toalhetes para limpar as superfícies de prismas.

Refratômetro IRF-454Bé um instrumento de teste projetado para medir diretamente o índice de refração de líquidos, bem como determinar a dispersão média de líquidos em laboratório.

O princípio de funcionamento do dispositivo IRF-454B baseado no fenômeno da reflexão interna total da luz.

O diagrama esquemático do dispositivo é mostrado na fig. 1.

O líquido investigado é colocado entre as duas faces do prisma 1 e 2. Prisma 2 com a face bem polida AB está medindo e o prisma 1 tem uma face fosca MAS1 NO1 - iluminação. Raios de uma fonte de luz caem na borda MAS1 A PARTIR DE1 , refratar, cair em uma superfície fosca MAS1 NO1 e espalhados por esta superfície.

Em seguida, eles passam pela camada do líquido investigado e caem na superfície. AB prisma 2.

De acordo com a lei da refração
, Onde
e são os ângulos de refração dos raios no líquido e no prisma, respectivamente.

À medida que o ângulo de incidência aumenta
ângulo de refração também aumenta e atinge seu valor máximo
, quando
, T.

e. quando um feixe em um líquido desliza sobre uma superfície AB. Consequentemente,
. Assim, os raios que emergem do prisma 2 são limitados a um certo ângulo
.

Os raios vindos do líquido para o prisma 2 em grandes ângulos sofrem reflexão interna total na interface AB e não passar por um prisma.

O dispositivo em consideração é usado para estudar líquidos, o índice de refração que é menor que o índice de refração prisma 2, portanto, os raios de todas as direções, refratados na fronteira do líquido e do vidro, entrarão no prisma.

Obviamente, a parte do prisma correspondente aos raios não transmitidos será escurecida. No telescópio 4, localizado na trajetória dos raios que emergem do prisma, pode-se observar a divisão do campo de visão em partes claras e escuras.

Ao girar o sistema de prismas 1-2, a fronteira entre os campos claro e escuro é combinada com a cruz dos fios da ocular do telescópio. O sistema de prismas 1-2 está associado a uma escala que é calibrada em valores de índice de refração.

A escala está localizada na parte inferior do campo de visão do tubo e, quando a seção do campo de visão é combinada com a cruz de roscas, fornece o valor correspondente do índice de refração do líquido .

Devido à dispersão, a interface do campo de visão em luz branca será colorida. Para eliminar a coloração, bem como para determinar a dispersão média da substância de teste, é utilizado o compensador 3, composto por dois sistemas de prismas de visão direta colados (prismas Amici).

Os prismas podem ser girados simultaneamente em diferentes direções usando um dispositivo mecânico rotativo preciso, alterando assim a dispersão intrínseca do compensador e eliminando a coloração do campo de visão observado através do sistema óptico 4. Um tambor com uma escala é conectado ao compensador , que determina o parâmetro de dispersão, que permite calcular as substâncias médias de dispersão.

Ordem de serviço

Ajuste o dispositivo para que a luz da fonte (lâmpada incandescente) entre no prisma de iluminação e ilumine o campo de visão uniformemente.

2. Abra o prisma de medição.

Aplique algumas gotas de água em sua superfície com uma vareta de vidro e feche cuidadosamente o prisma. O espaço entre os prismas deve ser preenchido uniformemente com uma fina camada de água (preste atenção especial a isso).

Usando o parafuso do aparelho com uma escala, elimine a coloração do campo de visão e obtenha uma borda nítida entre luz e sombra. Alinhe-a, com a ajuda de outro parafuso, com a cruz de referência da ocular do aparelho. Determine o índice de refração da água na escala da ocular até o milésimo mais próximo.

Compare os resultados obtidos com os dados de referência para a água. Se a diferença entre o índice de refração medido e o tabulado não exceder ± 0,001, a medição foi realizada corretamente.

Exercício 1

1. Prepare uma solução de sal de cozinha ( NaCl) com concentração próxima ao limite de solubilidade (por exemplo, C = 200 g/litro).

Meça o índice de refração da solução resultante.

3. Diluindo a solução por um número inteiro de vezes, obtenha a dependência do indicador; refração da concentração da solução e preencha a tabela. 1.

tabela 1

Um exercício. Como obter apenas por diluição a concentração da solução, igual a 3/4 do máximo (inicial)?

Gráfico de dependência de plotagem n=n(C). O processamento adicional dos dados experimentais deve ser realizado conforme orientação do professor.

Processamento de dados experimentais

a) Método gráfico

A partir do gráfico, determine a inclinação NO, que nas condições do experimento irá caracterizar o soluto e o solvente.

2. Determine a concentração da solução usando o gráfico NaCl dado pelo auxiliar de laboratório.

b) Método analítico

Calcular por mínimos quadrados MAS, NO e SB.

De acordo com os valores encontrados MAS e NO determinar a média
concentração da solução NaCl dado pelo assistente de laboratório

perguntas do teste

dispersão da luz. Qual é a diferença entre dispersão normal e anormal?

2. O que é o fenômeno da reflexão interna total?

3. Por que é impossível medir o índice de refração de um líquido maior que o índice de refração de um prisma usando esta configuração?

4. Por que a face de um prisma MAS1 NO1 fazer fosco?

Degradação, Índice

Enciclopédia Psicológica

Uma forma de avaliar o grau de degradação mental! funções medidas pelo teste de Wexler-Bellevue. O índice baseia-se na observação de que o nível de desenvolvimento de algumas habilidades, medido pelo teste, diminui com a idade, enquanto outras não.

Índice

Enciclopédia Psicológica

- um índice, um registro de nomes, títulos, etc. Em psicologia - um indicador digital para quantificar, caracterizar fenômenos.

De que depende o índice de refração de uma substância?

Índice

Enciclopédia Psicológica

1. Significado mais geral: qualquer coisa usada para marcar, identificar ou direcionar; indicação, inscrições, sinais ou símbolos. 2. Uma fórmula ou número, muitas vezes expresso como um fator, mostrando alguma relação entre valores ou medidas, ou entre…

Sociabilidade, Índice

Enciclopédia Psicológica

Uma característica que expressa a sociabilidade de uma pessoa. Um sociograma, por exemplo, fornece, entre outras medidas, uma avaliação da sociabilidade de diferentes membros de um grupo.

Seleção, Índice

Enciclopédia Psicológica

Uma fórmula para avaliar o poder de um teste específico ou item de teste em distinguir indivíduos uns dos outros.

Confiabilidade, Índice

Enciclopédia Psicológica

Uma estatística que fornece uma estimativa da correlação entre os valores reais obtidos do teste e os valores teoricamente corretos.

Este índice é dado como o valor de r, onde r é o fator de segurança calculado.

Eficiência de Previsão, Índice

Enciclopédia Psicológica

Uma medida da extensão em que o conhecimento sobre uma variável pode ser usado para fazer previsões sobre outra variável, dado que a correlação dessas variáveis ​​é conhecida. Normalmente, na forma simbólica, isso é expresso como E, o índice é representado como 1 - ((...

Palavras, Índice

Enciclopédia Psicológica

Um termo geral para qualquer frequência sistemática de ocorrência de palavras na linguagem escrita e/ou falada.

Muitas vezes, esses índices são limitados a áreas linguísticas específicas, por exemplo, livros didáticos da primeira série, interações entre pais e filhos. No entanto, as estimativas são conhecidas ...

Estruturas Corporais, Índice

Enciclopédia Psicológica

Uma medida corporal proposta por Eysenck com base na razão entre a altura e a circunferência do tórax.

Aqueles cujos escores estavam na faixa "normal" foram chamados de mesomorfos, aqueles dentro do desvio padrão ou acima da média foram chamados de leptomorfos e aqueles dentro do desvio padrão ou...

PARA FALAR №24

"MÉTODOS INSTRUMENTAIS DE ANÁLISE"

REFRACTOMETRIA.

Literatura:

1. DV Ponomarev "Química Analítica" 1983 246-251

2. A.A. Ishchenko "Química Analítica" 2004 pp 181-184

REFRACTOMETRIA.

A refratometria é um dos métodos físicos de análise mais simples, requer uma quantidade mínima de analito e é realizada em um tempo muito curto.

Refratometria- um método baseado no fenômeno de refração ou refração, ou seja,

mudança na direção de propagação da luz ao passar de um meio para outro.

A refração, assim como a absorção da luz, é consequência de sua interação com o meio.

A palavra refratometria significa dimensão refração da luz, que é estimada pelo valor do índice de refração.

Valor do índice de refração n depende

1) sobre a composição de substâncias e sistemas,

2) de em que concentração e quais moléculas o feixe de luz encontra em seu caminho, porque

Sob a ação da luz, as moléculas de diferentes substâncias são polarizadas de diferentes maneiras. É nesta dependência que se baseia o método refractométrico.

Este método tem uma série de vantagens, pelo que encontrou ampla aplicação tanto na pesquisa química quanto no controle de processos tecnológicos.

1) A medição dos índices de refração é um processo muito simples que é realizado com precisão e com um investimento mínimo de tempo e quantidade de substância.

2) Normalmente, os refratômetros fornecem até 10% de precisão na determinação do índice de refração da luz e do conteúdo do analito

O método de refratometria é usado para controlar a autenticidade e pureza, identificar substâncias individuais, determinar a estrutura de compostos orgânicos e inorgânicos no estudo de soluções.

A refratometria é usada para determinar a composição de soluções de dois componentes e para sistemas ternários.

Base física do método

INDICADOR REFRATIVO.

O desvio de um feixe de luz de sua direção original durante sua transição de um meio para outro é tanto maior quanto maior for a diferença nas velocidades de propagação da luz em dois meios.

esses ambientes.

Considere a refração de um feixe de luz na fronteira de quaisquer dois meios transparentes I e II (ver Fig.

Arroz.). Vamos concordar que o meio II tem um poder de refração maior e, portanto, n1 e n2- mostra a refração da mídia correspondente. Se o meio I não for vácuo nem ar, então a razão sen do ângulo de incidência do feixe de luz para sen do ângulo de refração dará o valor do índice de refração relativo n rel. O valor de n rel.

Qual é o índice de refração do vidro? E quando é necessário saber?

também pode ser definida como a razão dos índices de refração do meio em consideração.

nrel. = —— =—

O valor do índice de refração depende

1) a natureza das substâncias

A natureza de uma substância neste caso é determinada pelo grau de deformabilidade de suas moléculas sob a ação da luz - o grau de polarização.

Quanto mais intensa a polarizabilidade, mais forte a refração da luz.

2)comprimento de onda da luz incidente

A medição do índice de refração é realizada em um comprimento de onda de luz de 589,3 nm (linha D do espectro de sódio).

A dependência do índice de refração no comprimento de onda da luz é chamada de dispersão.

Quanto menor o comprimento de onda, maior a refração. Portanto, raios de diferentes comprimentos de onda são refratados de maneira diferente.

3)temperatura em que a medição é feita. Um pré-requisito para determinar o índice de refração é a conformidade com o regime de temperatura. Normalmente, a determinação é realizada a 20±0,30C.

À medida que a temperatura aumenta, o índice de refração diminui e, à medida que a temperatura diminui, aumenta..

A correção de temperatura é calculada usando a seguinte fórmula:

nt=n20+ (20-t) 0,0002, onde

n- tchau índice de refração a uma determinada temperatura,

n20 - índice de refração em 200С

A influência da temperatura nos valores dos índices de refração de gases e líquidos está relacionada aos valores de seus coeficientes de expansão volumétrica.

O volume de todos os gases e líquidos aumenta quando aquecido, a densidade diminui e, consequentemente, o indicador diminui

O índice de refração medido a 200C e um comprimento de onda de luz de 589,3 nm é indicado pelo índice nD20

A dependência do índice de refração de um sistema homogêneo de dois componentes em seu estado é estabelecida experimentalmente pela determinação do índice de refração para vários sistemas padrão (por exemplo, soluções), cujo conteúdo de componentes é conhecido.

4) a concentração de uma substância em uma solução.

Para muitas soluções aquosas de substâncias, os índices de refração em diferentes concentrações e temperaturas foram medidos de forma confiável e, nesses casos, os dados de referência podem ser usados. tabelas refractométricas.

A prática mostra que quando o conteúdo da substância dissolvida não excede 10-20%, juntamente com o método gráfico, em muitos casos é possível usar equação linear como:

n=não+FC,

n-índice de refração da solução,

nãoé o índice de refração do solvente puro,

C— concentração da substância dissolvida,%

F-coeficiente empírico, cujo valor é encontrado

determinando os índices de refração de soluções de concentração conhecida.

REFRACTÔMETRO.

Os refratômetros são dispositivos usados ​​para medir o índice de refração.

Existem 2 tipos desses instrumentos: refratômetro tipo Abbe e tipo Pulfrich. Tanto nesses como em outros, as medidas são baseadas na determinação da magnitude do ângulo limite de refração. Na prática, são utilizados refratômetros de vários sistemas: laboratório-RL, RLU universal, etc.

O índice de refração da água destilada n0 = 1,33299, na prática, esse indicador é tomado como referência como n0 =1,333.

O princípio de operação dos refratômetros é baseado na determinação do índice de refração pelo método do ângulo limite (o ângulo de reflexão total da luz).

refratômetro manual

Refratômetro Abbe

Os processos associados à luz são um componente importante da física e nos cercam por toda parte em nossa vida cotidiana. O mais importante nessa situação são as leis de reflexão e refração da luz, nas quais a óptica moderna se baseia. A refração da luz é uma parte importante da ciência moderna.

Efeito de distorção

Este artigo lhe dirá qual é o fenômeno da refração da luz, bem como como é a lei da refração e o que se segue dela.

Fundamentos de um fenômeno físico

Quando um feixe incide sobre uma superfície separada por duas substâncias transparentes com densidades ópticas diferentes (por exemplo, vidros diferentes ou na água), alguns dos raios serão refletidos e outros penetrarão na segunda estrutura (por exemplo, se propagará na água ou no vidro). Ao passar de um meio para outro, o feixe é caracterizado por uma mudança em sua direção. Este é o fenômeno da refração da luz.
A reflexão e a refração da luz podem ser vistas especialmente bem na água.

efeito de distorção da água

Olhando para as coisas na água, elas parecem distorcidas. Isso é especialmente perceptível na fronteira entre o ar e a água. Visualmente, parece que os objetos subaquáticos são levemente desviados. O fenômeno físico descrito é precisamente a razão pela qual todos os objetos parecem distorcidos na água. Quando os raios atingem o vidro, esse efeito é menos perceptível.
A refração da luz é um fenômeno físico, que se caracteriza por uma mudança na direção do feixe solar no momento de passar de um meio (estrutura) para outro.
Para melhorar a compreensão desse processo, considere o exemplo de um feixe caindo do ar para a água (da mesma forma para o vidro). Traçando uma perpendicular ao longo da interface, o ângulo de refração e o retorno do feixe de luz podem ser medidos. Este indicador (o ângulo de refração) mudará quando o fluxo penetra na água (dentro do vidro).
Observação! Este parâmetro é entendido como o ângulo que forma uma perpendicular traçada à separação de duas substâncias quando o feixe penetra da primeira estrutura para a segunda.

Passagem do feixe

O mesmo indicador é típico para outros ambientes. Está estabelecido que este indicador depende da densidade da substância. Se o feixe incide de uma estrutura menos densa para uma estrutura mais densa, o ângulo de distorção criado será maior. E se vice-versa, então menos.
Ao mesmo tempo, uma mudança na inclinação da queda também afetará esse indicador. Mas a relação entre eles não permanece constante. Ao mesmo tempo, a razão de seus senos permanecerá constante, o que é exibido pela seguinte fórmula: sinα / sinγ = n, onde:

• n é um valor constante que é descrito para cada substância específica (ar, vidro, água, etc.). Portanto, qual será esse valor pode ser determinado a partir de tabelas especiais;
• α é o ângulo de incidência;
• γ é o ângulo de refração.

Para determinar esse fenômeno físico, foi criada a lei da refração.

lei física

A lei da refração dos fluxos de luz permite determinar as características das substâncias transparentes. A própria lei consiste em duas disposições:

• Primeira parte. A viga (incidente, modificada) e a perpendicular, que foi restaurada no ponto de incidência na fronteira, por exemplo, ar e água (vidro, etc.), estarão localizadas no mesmo plano;
• A segunda parte. O indicador da razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do mesmo ângulo formado ao cruzar a fronteira será um valor constante.

Descrição da lei

Nesse caso, no momento em que o feixe sai da segunda estrutura para a primeira (por exemplo, quando o fluxo de luz passa do ar, passa pelo vidro e volta para o ar), também ocorrerá um efeito de distorção.

Um parâmetro importante para objetos diferentes

O principal indicador nesta situação é a razão do seno do ângulo de incidência para um parâmetro semelhante, mas para distorção. Conforme decorre da lei descrita acima, este indicador é um valor constante.
Ao mesmo tempo, quando o valor da inclinação da queda muda, a mesma situação será típica para um indicador semelhante. Este parâmetro é de grande importância, pois é uma característica integral das substâncias transparentes.

Indicadores para objetos diferentes

Graças a este parâmetro, você pode distinguir de forma bastante eficaz entre os tipos de vidro, bem como uma variedade de pedras preciosas. Também é importante para determinar a velocidade da luz em vários meios.

Observação! A maior velocidade do fluxo de luz está no vácuo.

Ao passar de uma substância para outra, sua velocidade diminuirá. Por exemplo, o diamante, que tem o índice de refração mais alto, terá uma velocidade de propagação de fótons 2,42 vezes mais rápida que o ar. Na água, eles se espalharão 1,33 vezes mais devagar. Para diferentes tipos de vidro, este parâmetro varia de 1,4 a 2,2.

Observação! Alguns vidros têm um índice de refração de 2,2, que é muito próximo do diamante (2,4). Portanto, nem sempre é possível distinguir um pedaço de vidro de um diamante real.

Densidade óptica de substâncias

A luz pode penetrar através de diferentes substâncias, que são caracterizadas por diferentes densidades ópticas. Como dissemos anteriormente, usando essa lei, você pode determinar a característica da densidade do meio (estrutura). Quanto mais denso, mais lenta a velocidade da luz se propagará nele. Por exemplo, o vidro ou a água serão opticamente mais densos que o ar.
Além do fato de que este parâmetro é um valor constante, também reflete a razão da velocidade da luz em duas substâncias. O significado físico pode ser exibido como a seguinte fórmula:

Este indicador informa como a velocidade de propagação dos fótons muda ao passar de uma substância para outra.

Outro indicador importante

Ao mover o fluxo de luz através de objetos transparentes, sua polarização é possível. É observado durante a passagem de um fluxo de luz de meios isotrópicos dielétricos. A polarização ocorre quando os fótons passam pelo vidro.

efeito de polarização

A polarização parcial é observada quando o ângulo de incidência do fluxo de luz na fronteira de dois dielétricos difere de zero. O grau de polarização depende de quais foram os ângulos de incidência (lei de Brewster).

Reflexão interna completa

Concluindo nossa pequena digressão, ainda é necessário considerar tal efeito como uma reflexão interna de pleno direito.

Fenômeno de exibição completa

Para o aparecimento deste efeito, é necessário aumentar o ângulo de incidência do fluxo de luz no momento de sua transição de um meio mais denso para um menos denso na interface entre as substâncias. Em uma situação em que este parâmetro exceda um determinado valor limite, os fótons incidentes no limite desta seção serão completamente refletidos. Na verdade, este será o nosso fenômeno desejado. Sem ele, era impossível fazer fibra ótica.

Conclusão

A aplicação prática das características do comportamento do fluxo de luz deu muito, criando uma variedade de dispositivos técnicos para melhorar nossas vidas. Ao mesmo tempo, a luz não abriu todas as suas possibilidades para a humanidade, e seu potencial prático ainda não foi plenamente realizado.

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Este artigo revela a essência de tal conceito de óptica como o índice de refração. Fórmulas para obter esse valor são fornecidas, uma breve visão geral da aplicação do fenômeno de refração de uma onda eletromagnética é fornecida.

Capacidade de ver e índice de refração

No alvorecer da civilização, as pessoas se perguntavam: como o olho vê? Tem sido sugerido que uma pessoa emite raios que sentem os objetos ao redor, ou, inversamente, todas as coisas emitem tais raios. A resposta a esta pergunta foi dada no século XVII. Ele está contido na óptica e está relacionado ao que é o índice de refração. Refletindo de várias superfícies opacas e refratando na borda com as transparentes, a luz dá à pessoa a oportunidade de ver.

Índice de luz e refração

Nosso planeta está envolto na luz do Sol. E é precisamente com a natureza ondulatória dos fótons que um conceito como o índice de refração absoluto está associado. Ao se propagar no vácuo, um fóton não encontra obstáculos. No planeta, a luz encontra muitos meios mais densos diferentes: a atmosfera (uma mistura de gases), água, cristais. Sendo uma onda eletromagnética, os fótons de luz têm uma velocidade de fase no vácuo (indicada c), e no meio ambiente - outro (denominado v). A razão entre o primeiro e o segundo é o que é chamado de índice de refração absoluto. A fórmula fica assim: n = c / v.

Velocidade de fase

Vale a pena dar uma definição da velocidade de fase do meio eletromagnético. Caso contrário, entenda o que é o índice de refração n, é proibido. Um fóton de luz é uma onda. Assim, pode ser representado como um pacote de energia que oscila (imagine um segmento de uma senóide). Fase - este é o segmento da senóide que a onda passa em um determinado momento (lembre-se de que isso é importante para entender uma quantidade como o índice de refração).

Por exemplo, a fase pode ser o máximo de uma senóide ou algum segmento de sua inclinação. A velocidade de fase de uma onda é a velocidade na qual essa fase particular se move. Como explica a definição do índice de refração, para um vácuo e para um meio, esses valores diferem. Além disso, cada ambiente tem seu próprio valor dessa quantidade. Qualquer composto transparente, qualquer que seja sua composição, possui um índice de refração diferente de todas as outras substâncias.

Índice de refração absoluto e relativo

Já foi mostrado acima que o valor absoluto é medido em relação ao vácuo. No entanto, isso é difícil em nosso planeta: a luz atinge com mais frequência a fronteira do ar e da água ou do quartzo e espinélio. Para cada um desses meios, como mencionado acima, o índice de refração é diferente. No ar, um fóton de luz viaja ao longo de uma direção e tem uma velocidade de fase (v 1), mas quando entra na água, muda a direção de propagação e a velocidade de fase (v 2). No entanto, ambas as direções estão no mesmo plano. Isso é muito importante para entender como a imagem do mundo circundante é formada na retina do olho ou na matriz da câmera. A proporção dos dois valores absolutos fornece o índice de refração relativo. A fórmula fica assim: n 12 = v 1 / v 2.

Mas e se a luz, ao contrário, sair da água e entrar no ar? Então esse valor será determinado pela fórmula n 21 = v 2 / v 1. Ao multiplicar os índices de refração relativos, obtemos n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1. Essa proporção é verdadeira para qualquer par de mídia. O índice de refração relativo pode ser encontrado a partir dos senos dos ângulos de incidência e refração n 12 = sen Ɵ 1 / sen Ɵ 2. Não esqueça que os ângulos são contados da normal à superfície. Uma normal é uma linha perpendicular à superfície. Isto é, se o problema recebe um ângulo α caindo em relação à própria superfície, então o seno de (90 - α) deve ser considerado.

A beleza do índice de refração e suas aplicações

Em um dia calmo e ensolarado, o brilho brinca no fundo do lago. Gelo azul escuro cobre a rocha. Na mão de uma mulher, um diamante espalha milhares de faíscas. Esses fenômenos são consequência do fato de que todas as fronteiras de meios transparentes possuem um índice de refração relativo. Além do prazer estético, esse fenômeno também pode ser usado para aplicações práticas.

aqui estão alguns exemplos:

• Uma lente de vidro coleta um feixe de luz solar e incendeia a grama.
• O feixe de laser focaliza o órgão doente e corta o tecido desnecessário.
• A luz do sol se reflete em um antigo vitral, criando uma atmosfera especial.
• Microscópio amplia detalhes muito pequenos
• As lentes do espectrofotômetro coletam a luz do laser refletida da superfície da substância em estudo. Assim, é possível entender a estrutura e, em seguida, as propriedades dos novos materiais.
• Existe até um projeto para um computador fotônico, onde a informação será transmitida não por elétrons, como é agora, mas por fótons. Para tal dispositivo, definitivamente serão necessários elementos refrativos.

Comprimento de onda

No entanto, o Sol nos fornece fótons não apenas no espectro visível. Infravermelho, ultravioleta, raios X não são percebidos pela visão humana, mas afetam nossas vidas. Os raios IR nos mantêm aquecidos, os fótons UV ionizam a atmosfera superior e permitem que as plantas produzam oxigênio através da fotossíntese.

E o que o índice de refração é igual depende não apenas das substâncias entre as quais o limite se encontra, mas também do comprimento de onda da radiação incidente. Geralmente fica claro a partir do contexto qual valor está sendo referido. Isto é, se o livro considera os raios X e seu efeito em uma pessoa, então n lá é definido para este intervalo. Mas geralmente o espectro visível de ondas eletromagnéticas se refere, a menos que especificado de outra forma.

Índice de refração e reflexão

Como ficou claro acima, estamos falando de ambientes transparentes. Como exemplos, citamos o ar, a água, o diamante. Mas e a madeira, granito, plástico? Existe algo como um índice de refração para eles? A resposta é complexa, mas em geral sim.

Em primeiro lugar, devemos considerar com que tipo de luz estamos lidando. Aqueles meios que são opacos aos fótons visíveis são cortados por raios-X ou radiação gama. Ou seja, se todos nós fôssemos super-homens, todo o mundo ao nosso redor seria transparente para nós, mas em graus variados. Por exemplo, paredes feitas de concreto não seriam mais densas que gelatina, e acessórios de metal pareceriam pedaços de frutas mais densas.

Para outras partículas elementares, múons, nosso planeta é geralmente transparente por completo. Ao mesmo tempo, os cientistas trouxeram muitos problemas para provar o próprio fato de sua existência. Os múons nos perfuram aos milhões a cada segundo, mas a probabilidade de uma colisão de pelo menos uma partícula com a matéria é muito pequena, e é muito difícil consertar isso. A propósito, Baikal logo se tornará um lugar para "capturar" múons. Suas águas profundas e claras são ideais para isso - principalmente no inverno. O principal é que os sensores não congelam. Assim, o índice de refração do concreto, por exemplo, para fótons de raios X faz sentido. Além disso, a irradiação de raios X de uma substância é um dos métodos mais precisos e importantes para estudar a estrutura dos cristais.

Vale lembrar também que, no sentido matemático, as substâncias opacas para uma dada faixa possuem índice de refração imaginário. Por fim, deve-se entender que a temperatura de uma substância também pode afetar sua transparência.