Legile fizicii joacă un rol foarte important în efectuarea calculelor pentru planificarea unei strategii specifice pentru producerea oricărui produs sau în elaborarea unui proiect de construcție a structurilor în diverse scopuri. Sunt calculate multe valori, astfel încât măsurătorile și calculele sunt făcute înainte de a începe lucrările de planificare. De exemplu, indicele de refracție al sticlei este egal cu raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție.

Deci, mai întâi există un proces de măsurare a unghiurilor, apoi se calculează sinusul lor și numai atunci puteți obține valoarea dorită. În ciuda disponibilității datelor tabelare, merită să efectuați calcule suplimentare de fiecare dată, deoarece cărțile de referință folosesc adesea condiții ideale care sunt aproape imposibil de realizat în viața reală. Prin urmare, în realitate, indicatorul va diferi în mod necesar de cel tabelar, iar în unele situații acest lucru are o importanță fundamentală.

Indicator absolut

Indicele de refracție absolut depinde de marca sticlei, deoarece în practică există un număr mare de opțiuni care diferă în ceea ce privește compoziția și gradul de transparență. În medie, este de 1,5 și fluctuează în jurul acestei valori cu 0,2 într-o direcție sau alta. În cazuri rare, pot exista abateri de la această cifră.

Din nou, dacă un indicator exact este important, atunci măsurătorile suplimentare sunt indispensabile. Dar nici măcar acestea nu dau un rezultat 100% fiabil, deoarece poziția soarelui pe cer și înnorarea în ziua măsurătorilor vor afecta valoarea finală. Din fericire, în 99,99% din cazuri, este suficient să știi pur și simplu că indicele de refracție al unui material precum sticla este mai mare de unu și mai mic de doi, iar toate celelalte zecimi și sutimi nu joacă un rol.

Pe forumurile care ajută la rezolvarea problemelor de fizică, întrebarea clipește adesea, care este indicele de refracție al sticlei și al diamantului? Mulți oameni cred că, deoarece aceste două substanțe sunt similare ca aspect, atunci proprietățile lor ar trebui să fie aproximativ aceleași. Dar aceasta este o iluzie.

Refracția maximă pentru sticlă va fi în jur de 1,7, în timp ce pentru diamant această cifră ajunge la 2,42. Această bijuterie este unul dintre puținele materiale de pe Pământ al căror indice de refracție depășește 2. Acest lucru se datorează structurii sale cristaline și răspândirii mari a razelor de lumină. Fațetarea joacă un rol minim în modificările valorii tabelului.

Indicator relativ

Indicatorul relativ pentru unele medii poate fi caracterizat astfel:

• - indicele de refracție al sticlei față de apă este de aproximativ 1,18;
• - indicele de refracție al aceluiași material față de aer este egal cu 1,5;
• - indicele de refracție relativ la alcool - 1.1.

Măsurarea indicatorului și calcularea valorii relative se efectuează conform unui algoritm binecunoscut. Pentru a găsi un parametru relativ, trebuie să împărțiți o valoare a tabelului la alta. Sau faceți calcule experimentale pentru două medii și apoi împărțiți datele obținute. Astfel de operațiuni sunt adesea efectuate în clasele de laborator de fizică.

Determinarea indicelui de refracție

Este destul de dificil să se determine indicele de refracție al sticlei în practică, deoarece sunt necesare instrumente de înaltă precizie pentru măsurarea datelor inițiale. Orice eroare va crește, deoarece calculul utilizează formule complexe care necesită absența erorilor.

În general, acest coeficient arată de câte ori viteza de propagare a razelor de lumină încetinește la trecerea printr-un anumit obstacol. Prin urmare, este tipic numai pentru materiale transparente. Pentru valoarea de referință, adică pentru unitate, se ia indicele de refracție al gazelor. Acest lucru a fost făcut pentru a putea pleca de la o anumită valoare în calcule.

Dacă o rază de soare cade pe o suprafață de sticlă cu un indice de refracție egal cu valoarea tabelului, atunci acesta poate fi modificat în mai multe moduri:

• 1. Lipiți deasupra o peliculă în care indicele de refracție va fi mai mare decât cel al sticlei. Acest principiu este folosit la nuanțarea geamurilor auto pentru a îmbunătăți confortul pasagerilor și pentru a permite șoferului să vadă drumul mai clar. De asemenea, filmul va reține și radiațiile ultraviolete.
• 2. Vopsește sticla cu vopsea. Aceasta este ceea ce fac producătorii de ochelari de soare ieftini, dar fiți conștienți de faptul că poate fi dăunător vederii. La modelele bune, ochelarii se produc imediat colorați folosind o tehnologie specială.
• 3. Scufundați paharul în puțin lichid. Acest lucru este util doar pentru experimente.

Dacă fasciculul de lumină trece din sticlă, atunci indicele de refracție pe următorul material este calculat folosind coeficientul relativ, care poate fi obținut prin compararea valorilor tabelare între ele. Aceste calcule sunt foarte importante în proiectarea sistemelor optice care poartă o sarcină practică sau experimentală. Erorile nu sunt permise aici, deoarece vor cauza funcționarea defectuoasă a întregului dispozitiv, iar apoi orice date primite cu acesta vor fi inutile.

Pentru a determina viteza luminii în sticlă cu un indice de refracție, trebuie să împărțiți valoarea absolută a vitezei în vid la indicele de refracție. Vidul este folosit ca mediu de referință, deoarece refracția nu acționează acolo din cauza absenței oricăror substanțe care ar putea interfera cu mișcarea nestingherită a razelor de lumină de-a lungul unei anumite traiectorii.

În orice indicator calculat, viteza va fi mai mică decât în ​​mediul de referință, deoarece indicele de refracție este întotdeauna mai mare decât unu.

La cursul de fizică de clasa a VIII-a te-ai familiarizat cu fenomenul refracției luminii. Acum știți că lumina sunt unde electromagnetice dintr-un anumit interval de frecvență. Pe baza cunoștințelor despre natura luminii, vei putea înțelege cauza fizică a refracției și vei explica multe alte fenomene luminoase asociate cu aceasta.

Orez. 141. Trecând de la un mediu la altul, fasciculul este refractat, adică schimbă direcția de propagare

Conform legii refracției luminii (Fig. 141):

• razele incidente, refractate și perpendiculare trase pe interfața dintre două medii în punctul de incidență al fasciculului se află în același plan; raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă pentru aceste două medii

unde n 21 este indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul.

Dacă fasciculul trece în orice mediu dintr-un vid, atunci

unde n este indicele de refracție absolut (sau pur și simplu indicele de refracție) al celui de-al doilea mediu. În acest caz, primul „mediu” este vidul, al cărui indice absolut este luat ca unul.

Legea refracției luminii a fost descoperită empiric de omul de știință olandez Willebord Snellius în 1621. Legea a fost formulată într-un tratat de optică, care a fost găsit în lucrările omului de știință după moartea sa.

După descoperirea lui Snell, câțiva oameni de știință au înaintat o ipoteză conform căreia refracția luminii se datorează unei modificări a vitezei sale atunci când trece prin limita a două medii. Validitatea acestei ipoteze a fost confirmată de dovezi teoretice efectuate independent de matematicianul francez Pierre Fermat (în 1662) și de fizicianul olandez Christian Huygens (în 1690). Pe căi diferite au ajuns la același rezultat, dovedind asta

• raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă pentru aceste două medii, egală cu raportul vitezelor luminii în aceste medii:

(3)

Din ecuația (3) rezultă că, dacă unghiul de refracție β este mai mic decât unghiul de incidență a, atunci lumina unei frecvențe date în al doilea mediu se propagă mai lent decât în ​​primul, adică V 2

Relația cantităților incluse în ecuația (3) a servit drept motiv întemeiat pentru apariția unei alte formulări a definiției indicelui relativ de refracție:

• indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul este o mărime fizică egală cu raportul vitezelor luminii în aceste medii:

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

Lasă un fascicul de lumină să treacă din vid într-un mediu. Înlocuind v1 în ecuația (4) cu viteza luminii în vid c, și v 2 cu viteza luminii într-un mediu v, obținem ecuația (5), care este definiția indicelui de refracție absolut:

• indicele absolut de refracție al unui mediu este o mărime fizică egală cu raportul dintre viteza luminii în vid și viteza luminii într-un mediu dat:

Conform ecuațiilor (4) și (5), n 21 arată de câte ori se modifică viteza luminii atunci când trece dintr-un mediu în altul și n - când trece din vid într-un mediu. Acesta este sensul fizic al indicilor de refracție.

Valoarea indicelui absolut de refracție n al oricărei substanțe este mai mare decât unitatea (acest lucru este confirmat de datele conținute în tabelele cărților de referință fizice). Apoi, conform ecuației (5), c/v > 1 și c > v, adică viteza luminii în orice substanță este mai mică decât viteza luminii în vid.

Fără a da justificări riguroase (sunt complexe și greoaie), observăm că motivul scăderii vitezei luminii în timpul trecerii acesteia de la vid la materie este interacțiunea unei unde luminoase cu atomii și moleculele materiei. Cu cât densitatea optică a substanței este mai mare, cu atât este mai puternică această interacțiune, cu atât viteza luminii este mai mică și indicele de refracție este mai mare. Astfel, viteza luminii într-un mediu și indicele absolut de refracție sunt determinate de proprietățile acestui mediu.

În funcție de valorile numerice ale indicilor de refracție ai substanțelor, se pot compara densitățile optice ale acestora. De exemplu, indicii de refracție ai diferitelor tipuri de sticlă variază de la 1,470 la 2,040, în timp ce indicele de refracție al apei este de 1,333. Aceasta înseamnă că sticla este un mediu optic mai dens decât apa.

Să ne întoarcem la Figura 142, cu ajutorul căreia putem explica de ce, la limita a două medii, cu o modificare a vitezei, se modifică și direcția de propagare a unei unde luminoase.

Orez. 142. Când undele luminoase trec din aer în apă, viteza luminii scade, fața undei și odată cu ea viteza sa își schimbă direcția

Figura prezintă o undă luminoasă care trece din aer în apă și incidentă pe interfața dintre aceste medii sub un unghi a. În aer, lumina se propagă cu o viteză v 1 , iar în apă cu o viteză mai mică v 2 .

Punctul A al undei ajunge primul la graniță. Într-o perioadă de timp Δt, punctul B, deplasându-se în aer cu aceeași viteză v 1, va ajunge la punctul B. „În același timp, punctul A, deplasându-se în apă cu o viteză mai mică v 2, va parcurge o distanță mai scurtă. , ajungând doar la punctul A”. În acest caz, așa-numitul front de undă A „B” din apă va fi rotit la un anumit unghi față de frontul undei AB din aer. Și vectorul viteză (care este întotdeauna perpendicular pe frontul de undă și coincide cu direcția de propagare a acestuia) se rotește, apropiindu-se de linia dreaptă OO", perpendicular pe interfața dintre medii. În acest caz, unghiul de refracție β rezultă să fie mai mic decât unghiul de incidenţă α. Aşa se produce refracţia luminii.

De asemenea, se poate observa din figură că la trecerea la un alt mediu și la rotația frontului de undă se modifică și lungimea de undă: la trecerea la un mediu optic mai dens, viteza scade, și lungimea de undă scade (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.

Întrebări

1. Care dintre cele două substanțe este optic mai densă?
2. Cum sunt determinați indicii de refracție în ceea ce privește viteza luminii în medii?
3. Unde călătorește lumina cel mai repede?
4. Care este motivul fizic pentru scăderea vitezei luminii atunci când aceasta trece de la vid la un mediu sau de la un mediu cu o densitate optică mai mică la un mediu cu una mai mare?
5. Ce determină (adică de ce depind ele) indicele absolut de refracție al mediului și viteza luminii în acesta?
6. Explicați ce ilustrează Figura 142.

Un exercitiu

Să trecem la o considerație mai detaliată a indicelui de refracție introdus de noi în § 81 atunci când formulăm legea refracției.

Indicele de refracție depinde de proprietățile optice și de mediul din care cade fasciculul și de mediul în care pătrunde. Indicele de refracție obținut atunci când lumina dintr-un vid cade pe un mediu se numește indicele de refracție absolut al acestui mediu.

Orez. 184. Indicele relativ de refracție a două medii:

Fie indicele de refracție absolut al primului mediu și al celui de-al doilea mediu - . Luând în considerare refracția la limita primului și celui de-al doilea mediu, ne asigurăm că indicele de refracție în timpul tranziției de la primul mediu la al doilea, așa-numitul indice de refracție relativ, este egal cu raportul indicilor de refracție absoluti ai a doua și prima media:

(Fig. 184). Dimpotrivă, la trecerea de la al doilea mediu la primul, avem un indice de refracție relativ

Legătura stabilită între indicele relativ de refracție a două medii și indicii lor absoluti de refracție ar putea fi derivată și teoretic, fără noi experimente, așa cum se poate face pentru legea reversibilității (§ 82),

Se spune că un mediu cu un indice de refracție mai mare este mai dens optic. De obicei se măsoară indicele de refracție al diferitelor medii în raport cu aerul. Indicele absolut de refracție al aerului este . Astfel, indicele de refracție absolut al oricărui mediu este legat de indicele său de refracție față de aer prin formula

Tabelul 6. Indicele de refracție al diferitelor substanțe față de aer

Indicele de refracție depinde de lungimea de undă a luminii, adică de culoarea acesteia. Culorile diferite corespund unor indici de refracție diferiți. Acest fenomen, numit dispersie, joacă un rol important în optică. Ne vom ocupa de acest fenomen în mod repetat în capitolele ulterioare. Datele prezentate în tabel. 6, consultați lumina galbenă.

Este interesant de observat că legea reflexiei poate fi scrisă formal în aceeași formă ca legea refracției. Amintiți-vă că am convenit să măsuram întotdeauna unghiurile de la perpendiculară pe raza corespunzătoare. Prin urmare, trebuie să considerăm că unghiul de incidență și unghiul de reflexie au semne opuse, i.e. legea reflexiei poate fi scrisă ca

Comparând (83.4) cu legea refracției, vedem că legea refracției poate fi considerată ca un caz special al legii refracției la . Această asemănare formală între legile reflexiei și refracției este de mare folos în rezolvarea problemelor practice.

În prezentarea anterioară, indicele de refracție avea semnificația unei constante a mediului, independent de intensitatea luminii care trece prin acesta. O astfel de interpretare a indicelui de refracție este destul de naturală; totuși, în cazul intensităților mari de radiație care pot fi realizate cu ajutorul laserelor moderne, nu este justificată. Proprietățile mediului prin care trece radiația luminoasă puternică, în acest caz, depind de intensitatea acestuia. După cum se spune, mediul devine neliniar. Neliniaritatea mediului se manifestă, în special, prin faptul că o undă luminoasă de intensitate mare modifică indicele de refracție. Dependenţa indicelui de refracţie de intensitatea radiaţiei are forma

Aici este indicele de refracție obișnuit, a este indicele de refracție neliniar și este factorul de proporționalitate. Termenul suplimentar din această formulă poate fi fie pozitiv, fie negativ.

Modificările relative ale indicelui de refracție sunt relativ mici. La indicele de refracție neliniar. Cu toate acestea, chiar și modificări atât de mici ale indicelui de refracție sunt vizibile: se manifestă într-un fenomen deosebit de auto-focalizare a luminii.

Luați în considerare un mediu cu un indice de refracție neliniar pozitiv. În acest caz, zonele cu intensitate luminoasă crescută sunt zone simultane cu indice de refracție crescut. De obicei, în radiația laser reală, distribuția intensității pe secțiunea transversală a fasciculului este neuniformă: intensitatea este maximă de-a lungul axei și scade ușor spre marginile fasciculului, așa cum se arată în Fig. 185 de curbe solide. O distribuție similară descrie, de asemenea, modificarea indicelui de refracție pe secțiunea transversală a unei celule cu un mediu neliniar, de-a lungul axei căreia se propagă fasciculul laser. Indicele de refracție, care este cel mai mare de-a lungul axei celulei, scade treptat spre pereții săi (curbe întrerupte în Fig. 185).

Un fascicul de raze care iese din laser paralel cu axa, căzând într-un mediu cu indice de refracție variabil, este deviat în direcția în care este mai mare. Prin urmare, o intensitate crescută în vecinătatea celulei OSP duce la o concentrație de raze luminoase în această regiune, care este prezentată schematic în secțiuni transversale și în Fig. 185, iar acest lucru duce la o creștere suplimentară a . În cele din urmă, secțiunea transversală efectivă a unui fascicul de lumină care trece printr-un mediu neliniar scade semnificativ. Lumina trece ca printr-un canal îngust cu un indice de refracție crescut. Astfel, fasciculul laser se îngustează, iar mediul neliniar acționează ca o lentilă convergentă sub acțiunea radiațiilor intense. Acest fenomen se numește auto-focalizare. Se poate observa, de exemplu, în nitrobenzenul lichid.

Orez. 185. Distribuția intensității radiației și a indicelui de refracție pe secțiunea transversală a fasciculului laser la intrarea în cuvă (a), lângă capătul de intrare (), în mijloc (), lângă capătul de ieșire al cuvei ()

Determinarea indicelui de refracție al solidelor transparente

Și lichide

Instrumente și accesorii: un microscop cu filtru de lumină, o placă plan-paralelă cu marcaj AB sub formă de cruce; refractometru marca "RL"; set de lichide.

Obiectiv: determinați indicii de refracție ai sticlei și lichidelor.

Determinarea indicelui de refracție al sticlei cu ajutorul microscopului

Pentru a determina indicele de refracție al unui solid transparent, se folosește o placă plan-paralelă din acest material cu un semn.

Marcajul constă din două zgârieturi reciproc perpendiculare, dintre care una (A) este aplicată pe partea inferioară, iar a doua (B) pe suprafața superioară a plăcii. Placa este iluminată cu lumină monocromatică și examinată la microscop. Pe
orez. 4.7 prezintă o secțiune a plăcii investigate după un plan vertical.

Razele AD și AE după refracția la interfața sticlă-aer merg în direcțiile DD1 și EE1 și cad în obiectivul microscopului.

Un observator care priveste placa de sus vede punctul A la intersectia continuarii razelor DD1 si EE1, i.e. la punctul C.

Astfel, punctul A i se pare observatorului situat în punctul C. Să aflăm relația dintre indicele de refracție n al materialului plăcii, grosimea d și grosimea aparentă d1 a plăcii.

4.7 se poate observa că VD \u003d BCtgi, BD \u003d ABtgr, de unde

tgi/tgr = AB/BC,

unde AB = d este grosimea plăcii; BC = d1 grosimea aparentă a plăcii.

Dacă unghiurile i și r sunt mici, atunci

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

acestea. Sini/Sinr = d/d1.

Ținând cont de legea refracției luminii, obținem

Măsurarea d/d1 se face cu ajutorul unui microscop.

Schema optică a microscopului constă din două sisteme: un sistem de observare, care include un obiectiv și un ocular montat într-un tub, și un sistem de iluminare, format dintr-o oglindă și un filtru de lumină detașabil. Focalizarea imaginii se realizează prin rotirea mânerelor situate pe ambele părți ale tubului.

Pe axa mânerului drept se află un disc cu o scară pentru membre.

Citirea b pe membru în raport cu indicatorul fix determină distanța h de la obiectiv la treapta microscopului:

Coeficientul k indică la ce înălțime se mișcă tubul microscopului când mânerul este rotit cu 1°.

Diametrul obiectivului în această configurație este mic în comparație cu distanța h, astfel încât fasciculul cel mai exterior care intră în obiectiv formează un unghi mic i cu axa optică a microscopului.

Unghiul de refracție r al luminii din placă este mai mic decât unghiul i, adică. este de asemenea mic, ceea ce corespunde condiției (4.5).

Comandă de lucru

1. Puneți placa pe platoul microscopului astfel încât punctul de intersecție al curselor A și B (vezi Fig.

Indicele de refracție

4.7) era în câmpul vizual.

2. Rotiți mânerul mecanismului de ridicare pentru a ridica tubul în poziția de sus.

3. Privind în ocular, coborâți încet tubul microscopului prin rotirea mânerului până când se obține o imagine clară a zgârieturii B, aplicată pe suprafața superioară a plăcii, în câmpul vizual. Înregistrați indicația b1 a membrului, care este proporțională cu distanța h1 de la obiectivul microscopului până la marginea superioară a plăcii: h1 = kb1 (Fig.

4. Continuați să coborâți ușor tubul până când se obține o imagine clară a zgârieturii A, care pare observatorului situat în punctul C. Înregistrați o nouă indicație b2 a limbului. Distanța h1 de la obiectiv la suprafața superioară a plăcii este proporțională cu b2:
h2 = kb2 (Fig. 4.8, b).

Distanțele de la punctele B și C la lentilă sunt egale, deoarece observatorul le vede la fel de clar.

Deplasarea tubului h1-h2 este egală cu grosimea aparentă a plăcii (Fig.

d1 = h1-h2 = (b1-b2)k. (4,8)

5. Măsurați grosimea plăcii d la intersecția curselor. Pentru a face acest lucru, așezați o placă de sticlă auxiliară 2 sub placa de testare 1 (Fig. 4.9) și coborâți tubul microscopului până când lentila atinge (ușor) placa de testare. Observați indicația membrului a1. Scoateți placa studiată și coborâți tubul microscopului până când obiectivul atinge placa 2.

Notați indicația a2.

În același timp, obiectivul microscopului va scădea la o înălțime egală cu grosimea plăcii studiate, adică.

d = (a1-a2)k. (4,9)

6. Calculați indicele de refracție al materialului plăcii folosind formula

n = d/d1 = (a1-a2)/(b1-b2). (4,10)

7. Repetați toate măsurătorile de mai sus de 3-5 ori, calculați valoarea medie n, erorile absolute și relative rn și rn/n.

Determinarea indicelui de refracție al lichidelor cu ajutorul unui refractometru

Instrumentele care sunt folosite pentru determinarea indicilor de refracție se numesc refractometre.

Vederea generală și schema optică a refractometrului RL sunt prezentate în fig. 4.10 și 4.11.

Măsurarea indicelui de refracție al lichidelor cu ajutorul unui refractometru RL se bazează pe fenomenul de refracție a luminii care a trecut prin interfața dintre două medii cu indici de refracție diferiți.

Fascicul de lumină (Fig.

4.11) de la o sursă 1 (o lampă incandescentă sau lumină difuză de zi) cu ajutorul unei oglinzi 2 este îndreptată printr-o fereastră din carcasa instrumentului către o prismă dublă formată din prisme 3 și 4, care sunt din sticlă cu indice de refracție. de 1.540.

Suprafața AA a prismei superioare de iluminare 3 (Fig.

4.12, a) este mată și servește la iluminarea lichidului cu lumină difuză depusă în strat subțire în golul dintre prismele 3 și 4. Lumina împrăștiată de suprafața mată 3 trece printr-un strat plan-paralel al lichidului studiat și cade pe fața diagonală a explozivului prismei inferioare 4 sub diferite
unghiuri i de la zero la 90°.

Pentru a evita fenomenul de reflexie internă totală a luminii pe suprafața explozivă, indicele de refracție al lichidului studiat trebuie să fie mai mic decât indicele de refracție al sticlei prismei 4, adică.

mai puțin de 1.540.

Un fascicul de lumină cu un unghi de incidență de 90° se numește fascicul de alunecare.

Fasciculul de alunecare, refractat la interfața lichid-sticlă, va merge în prisma 4 la unghiul limitator de refracție r etc< 90о.

Refracția unui fascicul de alunecare în punctul D (vezi Figura 4.12, a) respectă legea

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

sau nzh = nstsinrpr, (4.12)

deoarece sinipr = 1.

Pe suprafața BC a prismei 4, razele de lumină sunt re-refractate și apoi

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

unde a este fasciculul refractor al prismei 4.

Rezolvând împreună sistemul de ecuații (4.12), (4.13), (4.14), putem obține o formulă care raportează indicele de refracție nzh al lichidului studiat cu unghiul limitator de refracție r'pr al fasciculului care a ieșit din prisma 4:

Dacă o lunetă este plasată pe calea razelor care ies din prisma 4, atunci partea inferioară a câmpului său vizual va fi iluminată, iar partea superioară va fi întunecată. Interfaţa dintre câmpurile deschise şi cele întunecate este formată din raze cu unghi de refracţie limitativ r¢pr. Nu există raze cu un unghi de refracție mai mic decât r¢pr în acest sistem (Fig.

Prin urmare, valoarea lui r¢pr și poziția limitei clarobscurului depind numai de indicele de refracție nzh al lichidului studiat, deoarece nst și a sunt valori constante în acest dispozitiv.

Cunoscând nst, a și r¢pr, este posibil să se calculeze nzh folosind formula (4.15). În practică, formula (4.15) este utilizată pentru a calibra scara refractometrului.

La scara 9 (vezi

orez. 4.11), în stânga sunt reprezentate valorile indicelui de refracție pentru ld = 5893 Å. În fața ocularului 10 - 11 există o placă 8 cu un semn (--).

Prin deplasarea ocularului împreună cu placa 8 de-a lungul scalei, este posibil să se realizeze alinierea marcajului cu linia de despărțire dintre câmpurile vizuale întunecate și cele deschise.

Împărțirea scării gradate 9, care coincide cu marcajul, dă valoarea indicelui de refracție nzh al lichidului studiat. Obiectivul 6 și ocularul 10-11 formează un telescop.

Prisma rotativă 7 schimbă cursul fasciculului, îndreptându-l spre ocular.

Datorită dispersiei sticlei și a lichidului studiat, în locul unei linii clare de demarcație între câmpurile întunecate și cele strălucitoare, atunci când este observată în lumină albă, se obține o dungă irizată. Pentru a elimina acest efect, compensatorul de dispersie 5 este instalat în fața lentilei telescopului. Partea principală a compensatorului este o prismă, care este lipită din trei prisme și se poate roti în raport cu axa telescopului.

Unghiurile de refracție ale prismei și materialul lor sunt alese astfel încât lumina galbenă cu lungimea de undă ld = 5893 Å să treacă prin ele fără refracție. Dacă o prismă compensatoare este instalată pe calea razelor colorate astfel încât dispersia ei să fie egală ca mărime, dar opus ca semn dispersiei prismei de măsurare și a lichidului, atunci dispersia totală va fi egală cu zero. În acest caz, fasciculul de raze de lumină se va aduna într-un fascicul alb, a cărui direcție coincide cu direcția fasciculului galben limitator.

Astfel, atunci când prisma compensatoare se rotește, culoarea nuanței de culoare este eliminată. Împreună cu prisma 5, limbul de dispersie 12 se rotește în raport cu indicatorul fix (vezi Fig. 4.10). Unghiul de rotație Z al membrului face posibilă aprecierea valorii dispersiei medii a lichidului investigat.

Scala cadranului trebuie să fie gradată. Programul este atașat la instalare.

Comandă de lucru

1. Ridicați prisma 3, puneți 2-3 picături de lichid de testare pe suprafața prismei 4 și coborâți prisma 3 (vezi Fig. 4.10).

3. Folosind vizarea oculară, obțineți o imagine clară a scalei și a interfeței dintre câmpurile vizuale.

4. Rotind mânerul 12 al compensatorului 5, distrugeți culoarea colorată a interfeței dintre câmpurile vizuale.

Deplasând ocularul de-a lungul scalei, aliniați marcajul (—-) cu marginea câmpurilor întunecate și deschise și înregistrați valoarea indicelui lichidului.

6. Investigați setul de lichide propus și evaluați eroarea de măsurare.

7. După fiecare măsurătoare, ștergeți suprafața prismelor cu hârtie de filtru înmuiată în apă distilată.

întrebări de testare

Opțiunea 1

Definiți indicii de refracție absoluti și relativi ai unui mediu.

2. Desenați calea razelor prin interfața a două medii (n2> n1 și n2< n1).

3. Obţineţi o relaţie care raportează indicele de refracţie n de grosimea d şi grosimea aparentă d¢ a plăcii.

4. Sarcină. Unghiul limită al reflexiei interne totale pentru o anumită substanță este de 30°.

Găsiți indicele de refracție al acestei substanțe.

Răspuns: n=2.

Opțiunea 2

1. Care este fenomenul de reflexie internă totală?

2. Descrieți proiectarea și principiul de funcționare al refractometrului RL-2.

3. Explicați rolul compensatorului într-un refractometru.

4. Sarcină. Un bec este coborât din centrul unei plute rotunde la o adâncime de 10 m. Găsiți raza minimă a plutei, în timp ce nici o rază de la bec nu ar trebui să ajungă la suprafață.

Răspuns: R = 11,3 m.

INDICE DE REFRACTIVITATE, sau COEFICIENT REFRACTIV, este un număr abstract care caracterizează puterea de refracție a unui mediu transparent. Indicele de refracție este notat cu litera latină π și este definit ca raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție al fasciculului care intră dintr-un gol într-un mediu transparent dat:

n = sin α/sin β = const sau ca raport dintre viteza luminii într-un gol și viteza luminii într-un mediu transparent dat: n = c/νλ de la gol la mediul transparent dat.

Indicele de refracție este considerat o măsură a densității optice a unui mediu

Indicele de refracție determinat astfel se numește indice de refracție absolut, spre deosebire de indicele de refracție relativ.

e. arată de câte ori viteza de propagare a luminii încetinește la trecerea indicelui său de refracție, care este determinat de raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție atunci când fasciculul trece dintr-un mediu de unu. densitate la un mediu de altă densitate. Indicele de refracție relativ este egal cu raportul indicilor de refracție absoluti: n = n2/n1, unde n1 și n2 sunt indicii de refracție absoluti ai primului și celui de-al doilea mediu.

Indicele de refracție absolut al tuturor corpurilor - solide, lichide și gazoase - este mai mare decât unu și variază de la 1 la 2, depășind valoarea de 2 doar în cazuri rare.

Indicele de refracție depinde atât de proprietățile mediului, cât și de lungimea de undă a luminii și crește odată cu scăderea lungimii de undă.

Prin urmare, literei p i se atribuie un index, indicând la ce lungime de undă se referă indicatorul.

INDICE DE REFRACTIVITATE

De exemplu, pentru sticla TF-1, indicele de refracție în partea roșie a spectrului este nC=1,64210, iar în partea violetă nG’=1,67298.

Indicii de refracție ai unor corpuri transparente

Aer - 1,000292

Apa - 1.334

Eter - 1.358

Alcool etilic - 1.363

Glicerina - 1, 473

Sticlă organică (plexiglas) - 1, 49

Benzen - 1.503

(Sticlă coroană - 1.5163

Brad (canadian), balsam 1,54

Sticlă de coroană grea - 1, 61 26

Sticla Flint - 1.6164

Disulfură de carbon - 1.629

Sticlă grea silex - 1, 64 75

Monobromonaftalină - 1,66

Sticla este cel mai greu silex - 1,92

Diamant - 2,42

Diferența de indice de refracție pentru diferite părți ale spectrului este cauza cromatismului, adică.

descompunerea luminii albe atunci când trece prin părțile refractoare - lentile, prisme etc.

Laboratorul #41

Determinarea indicelui de refracție al lichidelor cu ajutorul unui refractometru

Scopul lucrării: determinarea indicelui de refracție al lichidelor prin metoda reflexiei interne totale folosind un refractometru IRF-454B; studiul dependenței indicelui de refracție al soluției de concentrația acesteia.

Descrierea instalării

Când lumina nemonocromatică este refractă, este descompusă în culori componente într-un spectru.

Acest fenomen se datorează dependenței indicelui de refracție al unei substanțe de frecvența (lungimea de undă) luminii și se numește dispersie a luminii.

Se obișnuiește să se caracterizeze puterea de refracție a unui mediu prin indicele de refracție la o lungime de undă λ \u003d 589,3 nm (media lungimilor de undă a două linii galbene apropiate din spectrul vaporilor de sodiu).

60. Ce metode de determinare a concentrației de substanțe în soluție se folosesc în analiza absorbției atomice?

Acest indice de refracție este notat nD.

Măsura varianței este varianța medie, definită ca diferența ( nF-nC), Unde nF este indicele de refracție al unei substanțe la o lungime de undă λ = 486,1 nm (linie albastră în spectrul hidrogenului), nC este indicele de refracție al unei substanțe λ - 656,3 nm (linie roșie în spectrul hidrogenului).

Refracția unei substanțe se caracterizează prin valoarea dispersiei relative:
Manualele dau de obicei reciproca dispersiei relative, i.e.

e.
,Unde este coeficientul de dispersie sau numărul Abbe.

Un aparat pentru determinarea indicelui de refracție al lichidelor constă dintr-un refractometru IRF-454B cu limitele de măsurare ale indicatorului; refracţie nDîn intervalul de la 1,2 la 1,7; lichid de testare, șervețele pentru ștergerea suprafețelor prismelor.

Refractometru IRF-454B este un instrument de testare conceput pentru a măsura direct indicele de refracție al lichidelor, precum și pentru a determina dispersia medie a lichidelor în laborator.

Principiul de funcționare al dispozitivului IRF-454B bazată pe fenomenul de reflexie internă totală a luminii.

Schema schematică a dispozitivului este prezentată în fig. unu.

Lichidul investigat este plasat între cele două fețe ale prismei 1 și 2. Prisma 2 cu o față bine lustruită AB măsoară, iar prisma 1 are o față mată DAR1 LA1 - iluminat. Razele de la o sursă de lumină cad pe margine DAR1 Cu1 , refracta, cădea pe o suprafață mată DAR1 LA1 şi împrăştiate de această suprafaţă.

Apoi trec prin stratul de lichid investigat și cad la suprafață. AB prisma 2.

Conform legii refracției
, Unde
și sunt unghiurile de refracție ale razelor în lichid și respectiv prismă.

Pe măsură ce unghiul de incidență crește
unghiul de refracție de asemenea, crește și atinge valoarea maximă
, când
, t.

e. când un fascicul dintr-un lichid alunecă peste o suprafaţă AB. Prin urmare,
. Astfel, razele care ies din prisma 2 sunt limitate la un anumit unghi
.

Razele care vin din lichid în prisma 2 la unghiuri mari suferă o reflexie internă totală la interfață ABși nu trece printr-o prismă.

Dispozitivul luat în considerare este utilizat pentru studiul lichidelor, indicele de refracție care este mai mic decât indicele de refracție prisma 2, prin urmare, razele din toate direcțiile, refractate la limita lichidului și sticlei, vor intra în prismă.

Evident, partea de prismă corespunzătoare razelor netransmise va fi întunecată. În telescopul 4, situat pe traseul razelor care ies din prismă, se poate observa împărțirea câmpului vizual în părți luminoase și întunecate.

Prin rotirea sistemului de prisme 1-2, granița dintre câmpurile deschise și cele întunecate este combinată cu crucea firelor ocularului telescopului. Sistemul de prisme 1-2 este asociat cu o scară care este calibrată în valorile indicelui de refracție.

Scara este situată în partea inferioară a câmpului vizual al țevii și, atunci când secțiunea câmpului vizual este combinată cu crucea de fire, dă valoarea corespunzătoare a indicelui de refracție al lichidului. .

Datorită dispersiei, interfața câmpului vizual în lumină albă va fi colorată. Pentru eliminarea colorării, precum și pentru a determina dispersia medie a substanței de testat, se folosește compensatorul 3, format din două sisteme de prisme de vedere directă lipite (prisme Amici).

Prismele pot fi rotite simultan în diferite direcții folosind un dispozitiv mecanic rotativ precis, modificând astfel dispersia intrinsecă a compensatorului și eliminând colorarea câmpului vizual observat prin sistemul optic 4. Un tambur cu o scară este conectat la compensator , care determină parametrul de dispersie, care permite calcularea substanțelor medii de dispersie.

Comandă de lucru

Reglați dispozitivul astfel încât lumina de la sursă (lampa incandescentă) să intre în prisma iluminatoare și să ilumineze uniform câmpul vizual.

2. Deschideți prisma de măsurare.

Aplicati cateva picaturi de apa pe suprafata sa cu o bagheta de sticla si inchideti cu grija prisma. Spațiul dintre prisme trebuie umplut uniform cu un strat subțire de apă (acordați o atenție deosebită acestui lucru).

Folosind șurubul dispozitivului cu o scară, eliminați colorarea câmpului vizual și obțineți o graniță ascuțită între lumină și umbră. Aliniați-l, cu ajutorul unui alt șurub, cu crucea de referință a ocularului aparatului. Determinați indicele de refracție al apei pe scara ocularului la cea mai apropiată miime.

Comparați rezultatele obținute cu datele de referință pentru apă. Dacă diferența dintre indicele de refracție măsurat și cel tabelat nu depășește ± 0,001, atunci măsurarea a fost efectuată corect.

Exercitiul 1

1. Pregătiți o soluție de sare de masă ( NaCl) cu o concentrație apropiată de limita de solubilitate (de exemplu, C = 200 g/litru).

Măsurați indicele de refracție al soluției rezultate.

3. Prin diluarea soluției de un număr întreg de ori, obțineți dependența indicatorului; refracția din concentrația soluției și completați tabelul. unu.

tabelul 1

Un exercitiu. Cum se obține doar prin diluare concentrația soluției, egală cu 3/4 din maximul (inițial)?

Graficul de dependență n=n(C). Prelucrarea ulterioară a datelor experimentale ar trebui să fie efectuată conform instrucțiunilor profesorului.

Prelucrarea datelor experimentale

a) Metoda grafică

Din grafic determinați panta LA, care în condițiile experimentului va caracteriza solutul și solventul.

2. Determinați concentrația soluției folosind graficul NaCl dat de asistentul de laborator.

b) Metoda analitică

Calculați după cele mai mici pătrate DAR, LAși SB.

Conform valorilor constatate DARși LA determina media
concentrația soluției NaCl dat de asistentul de laborator

întrebări de testare

dispersia luminii. Care este diferența dintre dispersia normală și anormală?

2. Care este fenomenul de reflexie internă totală?

3. De ce este imposibil să se măsoare indicele de refracție al unui lichid mai mare decât indicele de refracție al unei prisme folosind această configurație?

4. De ce fata unei prisme DAR1 LA1 face mat?

Degradare, Index

Enciclopedie psihologică

O modalitate de a evalua gradul de degradare mentală! funcții măsurate prin testul Wexler-Bellevue. Indicele se bazează pe observația că nivelul de dezvoltare a unor abilități măsurat prin test scade odată cu vârsta, în timp ce altele nu.

Index

Enciclopedie psihologică

- un index, un registru de nume, titluri etc. În psihologie - un indicator digital pentru cuantificarea, caracterizarea fenomenelor.

De ce depinde indicele de refracție al unei substanțe?

Index

Enciclopedie psihologică

1. Sensul cel mai general: orice folosit pentru a marca, identifica sau direcționa; indicații, inscripții, semne sau simboluri. 2. O formulă sau un număr, adesea exprimat ca factor, care arată o relație între valori sau măsurători sau între...

Sociabilitate, Index

Enciclopedie psihologică

O caracteristică care exprimă sociabilitatea unei persoane. O sociogramă, de exemplu, oferă, printre alte măsurători, o evaluare a sociabilității diferiților membri ai unui grup.

Selectie, Index

Enciclopedie psihologică

O formulă pentru evaluarea puterii unui anumit test sau element de testare în a distinge indivizi unul de altul.

Fiabilitate, indice

Enciclopedie psihologică

O statistică care oferă o estimare a corelației dintre valorile reale obținute în urma testului și valorile corecte teoretic.

Acest indice este dat ca valoare a lui r, unde r este factorul de siguranță calculat.

Eficiența prognozării, indice

Enciclopedie psihologică

O măsură a măsurii în care cunoștințele despre o variabilă pot fi utilizate pentru a face predicții despre o altă variabilă, având în vedere că corelația acelor variabile este cunoscută. De obicei, sub formă simbolică, aceasta este exprimată ca E, indicele este reprezentat ca 1 - ((...

Cuvinte, index

Enciclopedie psihologică

Un termen general pentru orice frecvență sistematică de apariție a cuvintelor în limba scrisă și/sau vorbită.

Adesea, astfel de indici se limitează la anumite domenii lingvistice, de exemplu manuale de clasa întâi, interacțiunile părinte-copil. Cu toate acestea, estimările sunt cunoscute...

Structuri corporale, index

Enciclopedie psihologică

O măsurătoare corporală propusă de Eysenck pe baza raportului dintre înălțime și circumferința pieptului.

Cei din intervalul „normal” au fost numiți mezomorfi, cei din abaterea standard sau peste medie au fost numiți leptomorfi, iar cei din abaterea standard sau...

LA PRELEGIA №24

„METODE INSTRUMENTALE DE ANALIZĂ”

REFRACTOMETRIE.

Literatură:

1. V.D. Ponomarev "Chimie analitică" 1983 246-251

2. A.A. Ișcenko „Chimie analitică” 2004 pp. 181-184

REFRACTOMETRIE.

Refractometria este una dintre cele mai simple metode fizice de analiză, care necesită o cantitate minimă de analit și se realizează într-un timp foarte scurt.

Refractometrie- o metoda bazata pe fenomenul de refractie sau refractie i.e.

schimbarea direcției de propagare a luminii la trecerea de la un mediu la altul.

Refracția, precum și absorbția luminii, este o consecință a interacțiunii acesteia cu mediul.

Cuvântul refractometrie înseamnă dimensiune refracția luminii, care este estimată prin valoarea indicelui de refracție.

Valoarea indicelui de refracție n depinde

1) privind compoziția substanțelor și sistemelor,

2) din la ce concentrare și ce molecule întâlnește fasciculul de lumină în drum, pentru că

Sub acțiunea luminii, moleculele diferitelor substanțe sunt polarizate în moduri diferite. Pe această dependență se bazează metoda refractometrică.

Această metodă are o serie de avantaje, drept urmare a găsit o largă aplicație atât în ​​cercetarea chimică, cât și în controlul proceselor tehnologice.

1) Măsurarea indicilor de refracție este un proces foarte simplu care se realizează cu acuratețe și cu o investiție minimă de timp și cantitate de substanță.

2) De obicei, refractometrele oferă o precizie de până la 10% în determinarea indicelui de refracție al luminii și a conținutului de analit

Metoda refractometriei este utilizată pentru a controla autenticitatea și puritatea, pentru a identifica substanțe individuale, pentru a determina structura compușilor organici și anorganici în studiul soluțiilor.

Refractometria este utilizată pentru determinarea compoziției soluțiilor cu două componente și pentru sistemele ternare.

Baza fizică a metodei

INDICATOR REFRACTIV.

Abaterea unui fascicul de lumină de la direcția sa inițială în timpul tranziției sale de la un mediu la altul este mai mare, cu atât diferența de viteză de propagare a luminii în doi este mai mare.

aceste medii.

Luați în considerare refracția unui fascicul de lumină la limita oricăror două medii transparente I și II (vezi Fig.

Orez.). Să fim de acord că mediul II are o putere de refracție mai mare și, prin urmare, n1și n2- arată refracția mediilor corespunzătoare. Dacă mediul I nu este nici vid, nici aer, atunci raportul sin dintre unghiul de incidență al fasciculului de lumină și sin al unghiului de refracție va da valoarea indicelui de refracție relativ n rel. Valoarea lui n rel.

Care este indicele de refracție al sticlei? Și când este necesar să știm?

poate fi definit și ca raportul indicilor de refracție ai mediilor luate în considerare.

nrel. = —— = —

Valoarea indicelui de refracție depinde de

1) natura substanțelor

Natura unei substanțe în acest caz este determinată de gradul de deformabilitate al moleculelor sale sub acțiunea luminii - gradul de polarizabilitate.

Cu cât polarizabilitatea este mai intensă, cu atât refracția luminii este mai puternică.

2)lungimea de undă a luminii incidente

Măsurarea indicelui de refracție se efectuează la o lungime de undă a luminii de 589,3 nm (linia D a spectrului de sodiu).

Dependența indicelui de refracție de lungimea de undă a luminii se numește dispersie.

Cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât refracția este mai mare. Prin urmare, razele de lungimi de undă diferite sunt refractate diferit.

3)temperatura la care se face măsurarea. O condiție prealabilă pentru determinarea indicelui de refracție este respectarea regimului de temperatură. De obicei, determinarea se efectuează la 20±0,30C.

Pe măsură ce temperatura crește, indicele de refracție scade, iar pe măsură ce temperatura scade, acesta crește..

Corecția temperaturii se calculează folosind următoarea formulă:

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

nt- Pa indicele de refracție la o anumită temperatură,

n20 - indicele de refracție la 200C

Influența temperaturii asupra valorilor indicilor de refracție ai gazelor și lichidelor este legată de valorile coeficienților lor de dilatare volumetrică.

Volumul tuturor gazelor și lichidelor crește la încălzire, densitatea scade și, în consecință, indicatorul scade

Indicele de refracție măsurat la 200C și o lungime de undă a luminii de 589,3 nm este indicat de indice nD20

Dependența indicelui de refracție al unui sistem omogen cu două componente de starea acestuia se stabilește experimental prin determinarea indicelui de refracție pentru un număr de sisteme standard (de exemplu, soluții), conținutul componentelor în care este cunoscut.

4) concentrația unei substanțe într-o soluție.

Pentru multe soluții apoase de substanțe, indicii de refracție la diferite concentrații și temperaturi au fost măsurați în mod fiabil și în aceste cazuri pot fi utilizate date de referință. tabele refractometrice.

Practica arată că atunci când conținutul de substanță dizolvată nu depășește 10-20%, împreună cu metoda grafică, în foarte multe cazuri este posibil să se utilizeze ecuație liniară ca:

n=nu+FC,

n- indicele de refracție al soluției,

Nu este indicele de refracție al solventului pur,

C— concentrația substanței dizolvate, %

F-coeficient empiric a carui valoare se gaseste

prin determinarea indicilor de refracţie ai soluţiilor de concentraţie cunoscută.

REFRACTOMETRE.

Refractometrele sunt dispozitive folosite pentru a măsura indicele de refracție.

Există 2 tipuri de aceste instrumente: refractometru de tip Abbe și tip Pulfrich. Atât în ​​acestea, cât și în altele, măsurătorile se bazează pe determinarea mărimii unghiului limitator de refracție. În practică, se folosesc refractometre de diferite sisteme: laborator-RL, universal RLU etc.

Indicele de refracție al apei distilate n0 = 1,33299, în practică, acest indicator este luat ca referință ca n0 =1,333.

Principiul de funcționare pe refractometre se bazează pe determinarea indicelui de refracție prin metoda unghiului limitator (unghiul de reflexie totală a luminii).

Refractometru manual

Refractometru Abbe

Procesele care sunt asociate cu lumina sunt o componentă importantă a fizicii și ne înconjoară peste tot în viața noastră de zi cu zi. Cele mai importante în această situație sunt legile reflexiei și refracției luminii, pe care se bazează optica modernă. Refracția luminii este o parte importantă a științei moderne.

Efect de distorsiune

Acest articol vă va spune care este fenomenul refracției luminii, precum și cum arată legea refracției și ce decurge din aceasta.

Fundamentele unui fenomen fizic

Când un fascicul cade pe o suprafață care este separată de două substanțe transparente care au densități optice diferite (de exemplu, pahare diferite sau în apă), unele dintre raze vor fi reflectate, iar altele vor pătrunde în a doua structură (de exemplu, se va propaga în apă sau sticlă). La trecerea de la un mediu la altul, fasciculul se caracterizează printr-o schimbare a direcției sale. Acesta este fenomenul de refracție a luminii.
Reflectarea și refracția luminii pot fi văzute în special în apă.

efect de distorsiune a apei

Privind lucrurile din apă, par distorsionate. Acest lucru este vizibil mai ales la granița dintre aer și apă. Vizual se pare că obiectele subacvatice sunt ușor deviate. Fenomenul fizic descris este tocmai motivul pentru care toate obiectele par distorsionate în apă. Când razele lovesc sticla, acest efect este mai puțin vizibil.
Refracția luminii este un fenomen fizic, care se caracterizează printr-o schimbare a direcției fasciculului solar în momentul trecerii de la un mediu (structură) la altul.
Pentru a îmbunătăți înțelegerea acestui proces, luați în considerare exemplul unui fascicul care cade din aer în apă (în mod similar pentru sticlă). Prin trasarea unei perpendiculare de-a lungul interfeței, se poate măsura unghiul de refracție și întoarcerea fasciculului de lumină. Acest indicator (unghiul de refracție) se va schimba atunci când fluxul pătrunde în apă (în interiorul paharului).
Notă! Acest parametru este înțeles ca unghiul care formează o perpendiculară trasă la separarea a două substanțe atunci când fasciculul pătrunde de la prima structură la a doua.

Pasajul fasciculului

Același indicator este tipic pentru alte medii. Se stabilește că acest indicator depinde de densitatea substanței. Dacă fasciculul este incident de la o structură mai puțin densă la o structură mai densă, atunci unghiul de distorsiune creat va fi mai mare. Și dacă invers, atunci mai puțin.
În același timp, o modificare a pantei căderii va afecta și acest indicator. Dar relația dintre ei nu rămâne constantă. În același timp, raportul sinusurilor lor va rămâne constant, care este afișat prin următoarea formulă: sinα / sinγ = n, unde:

• n este o valoare constantă care este descrisă pentru fiecare substanță specifică (aer, sticlă, apă etc.). Prin urmare, care va fi această valoare poate fi determinată din tabele speciale;
• α este unghiul de incidență;
• γ este unghiul de refracție.

Pentru a determina acest fenomen fizic, a fost creată legea refracției.

legea fizică

Legea refracției fluxurilor de lumină vă permite să determinați caracteristicile substanțelor transparente. Legea în sine constă din două prevederi:

• Prima parte. Fasciculul (incident, modificat) și perpendiculara, care a fost restabilită în punctul de incidență la limită, de exemplu, aer și apă (sticlă etc.), vor fi situate în același plan;
• a doua parte. Indicatorul raportului dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul aceluiași unghi format la trecerea graniței va fi o valoare constantă.

Descrierea legii

În acest caz, în momentul în care fasciculul iese din a doua structură în prima (de exemplu, când fluxul luminos trece din aer, prin sticlă și înapoi în aer), va apărea și un efect de distorsiune.

Un parametru important pentru diferite obiecte

Principalul indicator în această situație este raportul dintre sinusul unghiului de incidență și un parametru similar, dar pentru distorsiune. După cum rezultă din legea descrisă mai sus, acest indicator este o valoare constantă.
În același timp, când se schimbă valoarea pantei căderii, aceeași situație va fi tipică pentru un indicator similar. Acest parametru este de mare importanță, deoarece este o caracteristică integrală a substanțelor transparente.

Indicatori pentru diferite obiecte

Datorită acestui parametru, puteți distinge destul de eficient între tipurile de sticlă, precum și o varietate de pietre prețioase. De asemenea, este important pentru determinarea vitezei luminii în diverse medii.

Notă! Cea mai mare viteză a fluxului luminos este în vid.

Când treceți de la o substanță la alta, viteza acesteia va scădea. De exemplu, diamantul, care are cel mai mare indice de refracție, va avea o viteză de propagare a fotonului de 2,42 ori mai rapidă decât aerul. În apă, se vor răspândi de 1,33 ori mai încet. Pentru diferite tipuri de sticlă, acest parametru variază de la 1,4 la 2,2.

Notă! Unii ochelari au un indice de refracție de 2,2, care este foarte apropiat de diamant (2,4). Prin urmare, nu este întotdeauna posibil să distingem o bucată de sticlă de un diamant real.

Densitatea optică a substanțelor

Lumina poate pătrunde prin diferite substanțe, care se caracterizează printr-o densitate optică diferită. După cum am spus mai devreme, folosind această lege, puteți determina caracteristica densității mediului (structurii). Cu cât este mai dens, cu atât viteza luminii se va propaga mai lentă în ea. De exemplu, sticla sau apa vor fi mai dens din punct de vedere optic decât aerul.
Pe lângă faptul că acest parametru este o valoare constantă, reflectă și raportul vitezei luminii în două substanțe. Semnificația fizică poate fi afișată sub următoarea formulă:

Acest indicator indică modul în care viteza de propagare a fotonilor se modifică la trecerea de la o substanță la alta.

Un alt indicator important

Când se deplasează fluxul de lumină prin obiecte transparente, polarizarea acestuia este posibilă. Se observă în timpul trecerii unui flux luminos din medii izotrope dielectrice. Polarizarea are loc atunci când fotonii trec prin sticlă.

efect de polarizare

Polarizarea parțială se observă atunci când unghiul de incidență a fluxului luminos la limita a doi dielectrici diferă de zero. Gradul de polarizare depinde de care au fost unghiurile de incidență (legea lui Brewster).

Reflecție internă completă

Încheind scurta noastră digresiune, este încă necesar să considerăm un astfel de efect ca o reflecție internă cu drepturi depline.

Fenomenul de afișare completă

Pentru apariția acestui efect este necesară creșterea unghiului de incidență a fluxului luminos în momentul trecerii acestuia de la un mediu mai dens la unul mai puțin dens la interfața dintre substanțe. Într-o situație în care acest parametru depășește o anumită valoare limită, atunci fotonii incidenti la limita acestei secțiuni vor fi reflectați complet. De fapt, acesta va fi fenomenul nostru dorit. Fără ea, era imposibil să se producă fibră optică.

Concluzie

Aplicarea practică a caracteristicilor comportamentului fluxului luminos a dat mult, creând o varietate de dispozitive tehnice pentru a ne îmbunătăți viața. În același timp, lumina nu și-a deschis toate posibilitățile omenirii, iar potențialul ei practic nu a fost încă pe deplin realizat.

Cum să faci o lampă de hârtie cu propriile mâini
Cum se verifică performanța benzii LED

Acest articol dezvăluie esența unui astfel de concept de optică precum indicele de refracție. Sunt date formule pentru obținerea acestei valori, se oferă o scurtă prezentare a aplicării fenomenului de refracție a unei unde electromagnetice.

Abilitatea de a vedea și indicele de refracție

În zorii civilizației, oamenii și-au pus întrebarea: cum vede ochiul? S-a sugerat că o persoană emite raze care simt obiectele din jur sau, dimpotrivă, toate lucrurile emit astfel de raze. Răspunsul la această întrebare a fost dat în secolul al XVII-lea. Este conținut în optică și este legat de ceea ce este indicele de refracție. Reflectând de pe diferite suprafețe opace și refractând la graniță cu cele transparente, lumina oferă persoanei posibilitatea de a vedea.

Lumină și indice de refracție

Planeta noastră este învăluită în lumina Soarelui. Și tocmai cu natura ondulatorie a fotonilor este asociat un astfel de concept precum indicele de refracție absolut. Când se propagă în vid, un foton nu întâlnește obstacole. Pe planetă, lumina întâlnește multe medii mai dense: atmosfera (un amestec de gaze), apă, cristale. Fiind o undă electromagnetică, fotonii luminii au o viteză de fază în vid (notat c), iar în mediu - altul (notat v). Raportul dintre primul și al doilea este ceea ce se numește indice de refracție absolut. Formula arată astfel: n = c / v.

Viteza fazei

Merită să dați o definiție a vitezei de fază a mediului electromagnetic. În caz contrar, înțelegeți care este indicele de refracție n, este interzis. Un foton de lumină este un val. Deci, poate fi reprezentat ca un pachet de energie care oscilează (imaginați-vă un segment de sinusoid). Fază - acesta este segmentul sinusoidului pe care unda trece la un moment dat (reamintim că acest lucru este important pentru înțelegerea unei astfel de mărimi precum indicele de refracție).

De exemplu, o fază poate fi maximum o sinusoidă sau un segment al pantei sale. Viteza de fază a unei unde este viteza cu care faza respectivă se mișcă. După cum explică definiția indicelui de refracție, pentru un vid și pentru un mediu, aceste valori diferă. Mai mult, fiecare mediu are propria sa valoare a acestei cantități. Orice compus transparent, indiferent de compoziția sa, are un indice de refracție diferit de toate celelalte substanțe.

Indicele de refracție absolut și relativ

S-a arătat deja mai sus că valoarea absolută este măsurată în raport cu vidul. Cu toate acestea, acest lucru este dificil pe planeta noastră: lumina lovește mai des granița aerului și apei sau a cuarțului și spinelului. Pentru fiecare dintre aceste medii, așa cum sa menționat mai sus, indicele de refracție este diferit. În aer, un foton de lumină călătorește de-a lungul unei direcții și are o viteză de fază (v 1), dar când intră în apă, schimbă direcția de propagare și viteza de fază (v 2). Cu toate acestea, ambele direcții se află în același plan. Acest lucru este foarte important pentru înțelegerea modului în care se formează imaginea lumii înconjurătoare pe retina ochiului sau pe matricea camerei. Raportul dintre cele două valori absolute oferă indicele de refracție relativ. Formula arată astfel: n 12 \u003d v 1 / v 2.

Dar dacă lumina, dimpotrivă, iese din apă și intră în aer? Apoi această valoare va fi determinată de formula n 21 = v 2 / v 1. La înmulțirea indicilor de refracție relativi, obținem n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1. Acest raport este valabil pentru orice pereche de medii. Indicele de refracție relativ poate fi găsit din sinusurile unghiurilor de incidență și refracție n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Nu uitați că unghiurile sunt numărate de la normal la suprafață. O normală este o dreaptă care este perpendiculară pe suprafață. Adică dacă problemei i se dă un unghi α căzând în raport cu suprafața însăși, atunci trebuie luat în considerare sinusul lui (90 - α).

Frumusețea indicelui de refracție și aplicațiile sale

Într-o zi calmă și însorită, strălucirea se joacă pe fundul lacului. Gheața albastru închis acoperă stânca. Pe mâna unei femei, un diamant împrăștie mii de scântei. Aceste fenomene sunt o consecință a faptului că toate limitele mediilor transparente au un indice de refracție relativ. Pe lângă plăcerea estetică, acest fenomen poate fi folosit și pentru aplicații practice.

Aici sunt cateva exemple:

• O lentilă de sticlă adună un fascicul de lumină solară și dă foc ierbii.
• Raza laser se concentrează asupra organului bolnav și taie țesutul inutil.
• Lumina soarelui se refractă pe un vitraliu antic, creând o atmosferă specială.
• Microscopul mărește detalii foarte mici
• Lentilele spectrofotometre colectează lumina laser reflectată de la suprafața substanței studiate. Astfel, este posibil să înțelegem structura și apoi proprietățile materialelor noi.
• Există chiar și un proiect pentru un computer fotonic, în care informațiile vor fi transmise nu prin electroni, așa cum este acum, ci prin fotoni. Pentru un astfel de dispozitiv, vor fi cu siguranță necesare elemente de refracție.

Lungime de undă

Cu toate acestea, Soarele ne furnizează fotoni nu numai în spectrul vizibil. Dispozițiile de raze X în infraroșu, ultraviolete nu sunt percepute de vederea umană, dar ne afectează viața. Razele IR ne mențin cald, fotonii UV ionizează atmosfera superioară și permit plantelor să producă oxigen prin fotosinteză.

Și ceea ce este egal cu indicele de refracție depinde nu numai de substanțele între care se află granița, ci și de lungimea de undă a radiației incidente. De obicei, din context reiese clar la ce valoare se face referire. Adică, dacă cartea ia în considerare razele X și efectul lor asupra unei persoane, atunci n acolo este definit pentru acest interval. Dar, de obicei, se înțelege spectrul vizibil al undelor electromagnetice, dacă nu se specifică altfel.

Indicele de refracție și reflexie

După cum a reieșit clar din cele de mai sus, vorbim despre medii transparente. Ca exemple, am citat aer, apă, diamant. Dar ce zici de lemn, granit, plastic? Există un indice de refracție pentru ei? Răspunsul este complex, dar în general da.

În primul rând, ar trebui să ne gândim cu ce fel de lumină avem de-a face. Acele medii care sunt opace pentru fotonii vizibili sunt tăiate de raze X sau radiații gamma. Adică, dacă toți am fi supraoameni, atunci întreaga lume din jurul nostru ar fi transparentă pentru noi, dar în grade diferite. De exemplu, pereții din beton nu ar fi mai denși decât jeleul, iar armăturile metalice ar arăta ca bucăți de fructe mai dense.

Pentru alte particule elementare, muonii, planeta noastră este în general transparentă în întregime. La un moment dat, oamenii de știință au adus o mulțime de probleme pentru a dovedi însuși faptul existenței lor. Muonii ne străpung milioane în fiecare secundă, dar probabilitatea ca o singură particulă să se ciocnească cu materia este foarte mică și este foarte dificil să remediați acest lucru. Apropo, Baikal va deveni în curând un loc pentru „prinderea” muonilor. Apa sa adâncă și limpede este ideală pentru asta - mai ales iarna. Principalul lucru este că senzorii nu îngheață. Astfel, indicele de refracție al betonului, de exemplu, pentru fotonii cu raze X are sens. Mai mult, iradierea cu raze X a unei substanțe este una dintre cele mai precise și importante metode de studiere a structurii cristalelor.

De asemenea, merită să ne amintim că, în sens matematic, substanțele care sunt opace pentru un interval dat au un indice de refracție imaginar. În cele din urmă, trebuie să înțelegem că temperatura unei substanțe poate afecta și transparența acesteia.