Fyzikálne zákony zohrávajú veľmi dôležitú úlohu pri vykonávaní výpočtov na plánovanie špecifickej stratégie výroby akéhokoľvek produktu alebo pri zostavovaní projektu výstavby konštrukcií na rôzne účely. Vypočítava sa veľa hodnôt, takže merania a výpočty sa vykonávajú pred začatím plánovacích prác. Napríklad index lomu skla sa rovná pomeru sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu.

Najprv teda prebieha proces merania uhlov, potom sa vypočíta ich sínus a až potom môžete získať požadovanú hodnotu. Napriek dostupnosti tabuľkových údajov sa oplatí zakaždým vykonať dodatočné výpočty, pretože referenčné knihy často používajú ideálne podmienky, ktoré je v reálnom živote takmer nemožné dosiahnuť. Preto sa v skutočnosti bude ukazovateľ nevyhnutne líšiť od tabuľkového a v niektorých situáciách má zásadný význam.

Absolútny ukazovateľ

Absolútny index lomu závisí od značky skla, pretože v praxi existuje veľké množstvo možností, ktoré sa líšia zložením a stupňom priehľadnosti. V priemere je to 1,5 a okolo tejto hodnoty sa pohybuje o 0,2 v jednom alebo druhom smere. V zriedkavých prípadoch môžu existovať odchýlky od tohto čísla.

Opäť, ak je dôležitý presný ukazovateľ, potom sú nevyhnutné dodatočné merania. Ale ani tie neposkytnú 100% spoľahlivý výsledok, pretože konečnú hodnotu ovplyvní poloha slnka na oblohe a oblačnosť v deň meraní. Našťastie v 99,99% prípadov stačí jednoducho vedieť, že index lomu materiálu ako je sklo je väčší ako jedna a menší ako dve a všetky ostatné desatiny a stotiny nehrajú rolu.

Na fórach, ktoré pomáhajú riešiť problémy vo fyzike, často bliká otázka, aký je index lomu skla a diamantu? Mnoho ľudí si myslí, že keďže tieto dve látky majú podobný vzhľad, ich vlastnosti by mali byť približne rovnaké. Ale to je klam.

Maximálny lom skla bude okolo 1,7, zatiaľ čo pre diamant toto číslo dosiahne 2,42. Tento drahokam je jedným z mála materiálov na Zemi, ktorého index lomu presahuje 2. Je to spôsobené jeho kryštalickou štruktúrou a veľkým šírením svetelných lúčov. Fazetovanie hrá minimálnu úlohu pri zmenách hodnoty tabuľky.

Relatívny ukazovateľ

Relatívny ukazovateľ pre niektoré prostredia možno charakterizovať takto:

• - index lomu skla vo vzťahu k vode je približne 1,18;
• - index lomu toho istého materiálu vo vzťahu k vzduchu sa rovná 1,5;
• - index lomu vo vzťahu k alkoholu - 1,1.

Meranie ukazovateľa a výpočet relatívnej hodnoty sa vykonáva podľa dobre známeho algoritmu. Ak chcete nájsť relatívny parameter, musíte rozdeliť jednu hodnotu tabuľky druhou. Alebo urobte experimentálne výpočty pre dve prostredia a potom rozdeľte získané údaje. Takéto operácie sa často vykonávajú v laboratórnych triedach fyziky.

Stanovenie indexu lomu

Stanovenie indexu lomu skla v praxi je dosť ťažké, pretože na meranie počiatočných údajov sú potrebné vysoko presné prístroje. Akákoľvek chyba sa zvýši, pretože výpočet používa zložité vzorce, ktoré vyžadujú absenciu chýb.

Vo všeobecnosti tento koeficient ukazuje, koľkokrát sa rýchlosť šírenia svetelných lúčov spomalí pri prechode cez určitú prekážku. Preto je typický len pre priehľadné materiály. Pre referenčnú hodnotu, to znamená pre jednotku, sa berie index lomu plynov. Urobilo sa to preto, aby bolo možné vychádzať z nejakej hodnoty vo výpočtoch.

Ak slnečný lúč dopadá na sklenený povrch s indexom lomu, ktorý sa rovná tabuľkovej hodnote, možno ho zmeniť niekoľkými spôsobmi:

• 1. Na vrch nalepte fóliu, v ktorej bude index lomu vyšší ako u skla. Tento princíp sa používa pri tónovaní skiel automobilov na zlepšenie pohodlia pasažierov a umožnenie vodičovi lepšie vidieť na cestu. Film tiež zadrží ultrafialové žiarenie.
• 2. Sklo natrieme farbou. Takto to robia výrobcovia lacných slnečných okuliarov, no treba si uvedomiť, že to môže poškodiť váš zrak. V dobrých modeloch sa okuliare ihneď vyrábajú farebné pomocou špeciálnej technológie.
• 3. Ponorte pohár do nejakej tekutiny. Toto je užitočné len pre experimenty.

Ak svetelný lúč prechádza zo skla, potom sa index lomu na ďalšom materiáli vypočíta pomocou relatívneho koeficientu, ktorý možno získať porovnaním tabuľkových hodnôt navzájom. Tieto výpočty sú veľmi dôležité pri navrhovaní optických systémov, ktoré nesú praktickú alebo experimentálnu záťaž. Chyby tu nie sú povolené, pretože spôsobia poruchu celého zariadenia a potom budú akékoľvek dáta prijaté s ním zbytočné.

Na určenie rýchlosti svetla v skle s indexom lomu je potrebné vydeliť absolútnu hodnotu rýchlosti vo vákuu indexom lomu. Ako referenčné médium sa používa vákuum, pretože tam nepôsobí refrakcia kvôli absencii akýchkoľvek látok, ktoré by mohli narúšať nerušený pohyb svetelných lúčov po danej trajektórii.

Vo všetkých vypočítaných ukazovateľoch bude rýchlosť nižšia ako v referenčnom médiu, pretože index lomu je vždy väčší ako jedna.

Na kurze fyziky 8. ročníka ste sa zoznámili s fenoménom lomu svetla. Teraz viete, že svetlo sú elektromagnetické vlny určitého frekvenčného rozsahu. Na základe poznatkov o podstate svetla budete vedieť pochopiť fyzikálnu príčinu lomu a vysvetliť mnohé ďalšie svetelné javy s tým spojené.

Ryža. 141. Pri prechode z jedného prostredia do druhého sa lúč láme, t.j. mení smer šírenia

Podľa zákona lomu svetla (obr. 141):

• lúče dopadajúce, lámané a kolmé na rozhranie medzi dvoma prostrediami v bode dopadu lúča ležia v rovnakej rovine; pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu je konštantná hodnota pre tieto dve prostredia

kde n21 je relatívny index lomu druhého média vzhľadom k prvému.

Ak lúč prechádza do akéhokoľvek média z vákua, potom

kde n je absolútny index lomu (alebo jednoducho index lomu) druhého prostredia. V tomto prípade je prvým „prostredím“ vákuum, ktorého absolútny index sa berie ako jeden.

Zákon lomu svetla objavil empiricky holandský vedec Willebord Snellius v roku 1621. Zákon bol sformulovaný v pojednaní o optike, ktoré sa po jeho smrti našlo v dokumentoch vedca.

Po objavení Snella niekoľko vedcov predložilo hypotézu, že lom svetla je spôsobený zmenou jeho rýchlosti pri prechode cez hranicu dvoch médií. Platnosť tejto hypotézy potvrdili teoretické dôkazy, ktoré nezávisle vykonali francúzsky matematik Pierre Fermat (v roku 1662) a holandský fyzik Christian Huygens (v roku 1690). Rôznymi cestami dospeli k rovnakému výsledku, čo dokazuje

• pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu je pre tieto dve prostredia konštantná hodnota, ktorá sa rovná pomeru rýchlostí svetla v týchto prostrediach:

(3)

Z rovnice (3) vyplýva, že ak je uhol lomu β menší ako uhol dopadu a, potom sa svetlo danej frekvencie v druhom prostredí šíri pomalšie ako v prvom, teda V 2

Vzťah veličín zahrnutých v rovnici (3) slúžil ako dobrý dôvod na objavenie sa ďalšej formulácie definície relatívneho indexu lomu:

• relatívny index lomu druhého prostredia vzhľadom k prvému je fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru rýchlostí svetla v týchto médiách:

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

Nechajte lúč svetla prejsť z vákua do nejakého média. Nahradením v1 v rovnici (4) rýchlosťou svetla vo vákuu c a v 2 rýchlosťou svetla v prostredí v dostaneme rovnicu (5), ktorá je definíciou absolútneho indexu lomu:

• absolútny index lomu prostredia je fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru rýchlosti svetla vo vákuu k rýchlosti svetla v danom prostredí:

Podľa rovníc (4) a (5) n 21 ukazuje, koľkokrát sa rýchlosť svetla zmení, keď prechádza z jedného média do druhého, a n - keď prechádza z vákua do média. Toto je fyzikálny význam indexov lomu.

Hodnota absolútneho indexu lomu n akejkoľvek látky je väčšia ako jedna (potvrdzujú to údaje obsiahnuté v tabuľkách fyzických referenčných kníh). Potom podľa rovnice (5) c/v > 1 a c > v, t.j. rýchlosť svetla v akejkoľvek látke je menšia ako rýchlosť svetla vo vákuu.

Bez prísnych odôvodnení (sú zložité a ťažkopádne) poznamenávame, že dôvodom poklesu rýchlosti svetla pri jeho prechode z vákua do hmoty je interakcia svetelnej vlny s atómami a molekulami hmoty. Čím väčšia je optická hustota látky, tým silnejšia je táto interakcia, tým nižšia je rýchlosť svetla a väčší index lomu. Rýchlosť svetla v médiu a absolútny index lomu sú teda určené vlastnosťami tohto média.

Podľa číselných hodnôt indexov lomu látok je možné porovnať ich optické hustoty. Napríklad indexy lomu rôznych druhov skla sa pohybujú od 1,470 do 2,040, zatiaľ čo index lomu vody je 1,333. To znamená, že sklo je opticky hustejšie médium ako voda.

Obráťme sa na obrázok 142, pomocou ktorého vieme vysvetliť, prečo sa na rozhraní dvoch prostredí so zmenou rýchlosti mení aj smer šírenia svetelnej vlny.

Ryža. 142. Pri prechode svetelných vĺn zo vzduchu do vody sa rýchlosť svetla znižuje, čelo vlny a s ňou aj rýchlosť mení smer

Obrázok ukazuje svetelnú vlnu, ktorá prechádza zo vzduchu do vody a dopadá na rozhranie medzi týmito médiami pod uhlom a. Vo vzduchu sa svetlo šíri rýchlosťou v 1 a vo vode nižšou rýchlosťou v 2 .

Bod A vlny dosiahne hranicu ako prvý. V priebehu času Δt bod B, pohybujúci sa vo vzduchu rovnakou rýchlosťou v 1, dosiahne bod B. „Za rovnaký čas bod A, pohybujúci sa vo vode nižšou rýchlosťou v 2, prekoná kratšiu vzdialenosť , dosiahne len bod A“. V tomto prípade bude takzvané čelo vlny A "B" vo vode natočené pod určitým uhlom vzhľadom na čelo vlny AB vo vzduchu. A vektor rýchlosti (ktorý je vždy kolmý na čelo vlny a zhoduje sa so smerom jeho šírenia) sa otáča a približuje sa k priamke OO", kolmej na rozhranie medzi médiami. V tomto prípade je uhol lomu β menší než uhol dopadu α.Takto dochádza k lomu svetla.

Z obrázku je tiež vidieť, že pri prechode do iného média a otáčaní čela vlny sa mení aj vlnová dĺžka: pri prechode do opticky hustejšieho média sa rýchlosť znižuje, vlnová dĺžka sa tiež zmenšuje (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.

Otázky

1. Ktorá z týchto dvoch látok je opticky hustejšia?
2. Ako sa určujú indexy lomu z hľadiska rýchlosti svetla v médiách?
3. Kde sa svetlo šíri najrýchlejšie?
4. Aký je fyzikálny dôvod poklesu rýchlosti svetla pri prechode z vákua do média alebo z média s nižšou optickou hustotou do média s vyššou?
5. Čo určuje (t. j. od čoho závisia) absolútny index lomu prostredia a rýchlosť svetla v ňom?
6. Vysvetlite, čo znázorňuje obrázok 142.

Cvičenie

Obráťme sa pri formulovaní zákona lomu na podrobnejšiu úvahu o nami zavedenom indexe lomu v § 81.

Index lomu závisí od optických vlastností a prostredia, z ktorého lúč dopadá, a prostredia, do ktorého preniká. Index lomu získaný pri dopade svetla z vákua na médium sa nazýva absolútny index lomu tohto média.

Ryža. 184. Relatívny index lomu dvoch médií:

Nech je absolútny index lomu prvého prostredia a druhého prostredia - . Vzhľadom na lom na rozhraní prvého a druhého prostredia dbáme na to, aby sa index lomu pri prechode z prvého prostredia do druhého, takzvaný relatívny index lomu, rovnal pomeru absolútnych indexov lomu prostredia. druhé a prvé médium:

(obr. 184). Naopak, pri prechode z druhého prostredia do prvého máme relatívny index lomu

Zistené spojenie medzi relatívnym indexom lomu dvoch prostredí a ich absolútnymi indexmi lomu by sa dalo odvodiť aj teoreticky, bez nových experimentov, rovnako ako pre zákon reverzibility (§ 82),

O médiu s vyšším indexom lomu sa hovorí, že je opticky hustejšie. Zvyčajne sa meria index lomu rôznych médií vo vzťahu k vzduchu. Absolútny index lomu vzduchu je . Podľa vzorca teda absolútny index lomu akéhokoľvek média súvisí s jeho indexom lomu vzhľadom na vzduch

Tabuľka 6. Index lomu rôznych látok vo vzťahu k vzduchu

Index lomu závisí od vlnovej dĺžky svetla, teda od jeho farby. Rôzne farby zodpovedajú rôznym indexom lomu. Tento jav, nazývaný disperzia, hrá v optike dôležitú úlohu. Týmto javom sa budeme opakovane zaoberať v ďalších kapitolách. Údaje uvedené v tabuľke. 6, pozri žlté svetlo.

Je zaujímavé poznamenať, že zákon odrazu môže byť formálne napísaný v rovnakej forme ako zákon lomu. Pripomeňme, že sme sa dohodli, že budeme vždy merať uhly od kolmice k príslušnému lúču. Preto musíme uhol dopadu a uhol odrazu považovať za opačné znamienka, t.j. zákon odrazu možno napísať ako

Pri porovnaní (83.4) so ​​zákonom lomu vidíme, že zákon odrazu možno považovať za špeciálny prípad zákona lomu pri . Táto formálna podobnosť medzi zákonmi odrazu a lomu je veľmi užitočná pri riešení praktických problémov.

V predchádzajúcej prezentácii mal index lomu význam konštanty média, nezávisle od intenzity svetla, ktoré ním prechádza. Takáto interpretácia indexu lomu je celkom prirodzená, avšak v prípade vysokých intenzít žiarenia dosiahnuteľných pomocou moderných laserov nie je opodstatnená. Vlastnosti média, ktorým prechádza silné svetelné žiarenie, v tomto prípade závisia od jeho intenzity. Ako sa hovorí, médium sa stáva nelineárnym. Nelinearita prostredia sa prejavuje najmä tým, že svetelná vlna vysokej intenzity mení index lomu. Závislosť indexu lomu od intenzity žiarenia má tvar

Tu je obvyklý index lomu, a je nelineárny index lomu a je to faktor proporcionality. Dodatočný výraz v tomto vzorci môže byť kladný alebo záporný.

Relatívne zmeny v indexe lomu sú relatívne malé. o nelineárny index lomu. Aj takéto malé zmeny v indexe lomu sú však badateľné: prejavujú sa zvláštnym fenoménom samozaostrovania svetla.

Uvažujme o médiu s pozitívnym nelineárnym indexom lomu. V tomto prípade sú oblasti so zvýšenou intenzitou svetla súčasne oblasťami so zvýšeným indexom lomu. Zvyčajne je v reálnom laserovom žiarení rozloženie intenzity v priereze lúča nerovnomerné: intenzita je maximálna pozdĺž osi a plynulo klesá smerom k okrajom lúča, ako je znázornené na obr. 185 pevných kriviek. Podobná distribúcia popisuje aj zmenu indexu lomu na priereze bunky s nelineárnym prostredím, pozdĺž ktorej osi sa šíri laserový lúč. Index lomu, ktorý je najväčší pozdĺž osi bunky, sa smerom k jej stenám postupne znižuje (prerušované krivky na obr. 185).

Lúč lúčov vychádzajúci z lasera rovnobežne s osou, dopadajúci do prostredia s premenlivým indexom lomu, je vychýlený v smere, kde je väčší. Preto zvýšená intenzita v blízkosti bunky OSP vedie ku koncentrácii svetelných lúčov v tejto oblasti, čo je schematicky znázornené v rezoch a na obr. 185, čo vedie k ďalšiemu zvýšeniu . V konečnom dôsledku sa efektívny prierez svetelného lúča prechádzajúceho cez nelineárne médium výrazne znižuje. Svetlo prechádza akoby cez úzky kanál so zvýšeným indexom lomu. Laserový lúč sa teda zužuje a nelineárne médium pôsobí pri pôsobení intenzívneho žiarenia ako zbiehavá šošovka. Tento jav sa nazýva samozaostrovanie. Dá sa pozorovať napríklad v kvapalnom nitrobenzéne.

Ryža. 185. Rozloženie intenzity žiarenia a indexu lomu cez prierez laserového lúča na vstupe do kyvety (a), blízko vstupného konca (), v strede (), blízko výstupného konca kyvety ()

Stanovenie indexu lomu priehľadných pevných látok

A tekutiny

Nástroje a príslušenstvo: mikroskop so svetelným filtrom, planparalelná platňa so značkou AB v tvare kríža; refraktometer značky "RL"; sada tekutín.

Cieľ: určiť indexy lomu skla a kvapalín.

Stanovenie indexu lomu skla pomocou mikroskopu

Na určenie indexu lomu priehľadnej pevnej látky sa používa planparalelná doska z tohto materiálu s označením.

Značka pozostáva z dvoch vzájomne kolmých škrabancov, z ktorých jeden (A) je aplikovaný na spodok a druhý (B) - na horný povrch dosky. Platňa sa osvetlí monochromatickým svetlom a skúma sa pod mikroskopom. Na
ryža. 4.7 rez skúmanou platňou zvislou rovinou.

Lúče AD a AE po refrakcii na rozhraní sklo-vzduch idú v smere DD1 a EE1 a dopadajú do objektívu mikroskopu.

Pozorovateľ, ktorý sa pozerá na platňu zhora, vidí bod A v priesečníku pokračovania lúčov DD1 a EE1, t.j. v bode C.

Pozorovateľovi sa teda zdá bod A umiestnený v bode C. Nájdime vzťah medzi indexom lomu n materiálu dosky, hrúbkou d a zdanlivou hrúbkou d1 dosky.

4.7 je vidieť, že VD \u003d BCtgi, BD \u003d ABtgr, odkiaľ

tgi/tgr = AB/BC,

kde AB = d je hrúbka dosky; BC = d1 zdanlivá hrúbka dosky.

Ak sú uhly i a r malé, potom

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

tie. Sini/Sinr = d/dl.

Ak vezmeme do úvahy zákon lomu svetla, získame

Meranie d/d1 sa uskutočňuje pomocou mikroskopu.

Optická schéma mikroskopu pozostáva z dvoch systémov: pozorovacieho systému, ktorý obsahuje objektív a okulár namontovaný v tubuse, a osvetľovacieho systému, ktorý pozostáva zo zrkadla a odnímateľného svetelného filtra. Zaostrovanie obrazu sa vykonáva otáčaním rukovätí umiestnených na oboch stranách tubusu.

Na osi pravej rukoväte je disk so stupnicou končatín.

Hodnota b na končatine vzhľadom na pevný ukazovateľ určuje vzdialenosť h od objektívu k stolíku mikroskopu:

Koeficient k udáva, do akej výšky sa posunie tubus mikroskopu pri otočení rukoväte o 1°.

Priemer objektívu v tomto nastavení je malý v porovnaní so vzdialenosťou h, takže najvzdialenejší lúč, ktorý vstupuje do objektívu, zviera malý uhol i s optickou osou mikroskopu.

Uhol lomu r svetla v doske je menší ako uhol i, t.j. je tiež malý, čo zodpovedá stavu (4.5).

Zákazka

1. Doštičku položte na stolík mikroskopu tak, aby bol priesečník ťahov A a B (pozri obr.

Index lomu

4.7) bol v zornom poli.

2. Otočením rukoväte zdvíhacieho mechanizmu zdvihnite trubicu do hornej polohy.

3. Pri pohľade do okuláru pomaly spúšťajte tubus mikroskopu otáčaním rukoväte, kým sa v zornom poli nezíska jasný obraz škrabanca B naneseného na hornom povrchu platne. Zaznamenajte údaj b1 končatiny, ktorý je úmerný vzdialenosti h1 od objektívu mikroskopu k hornému okraju platne: h1 = kb1 (obr.

4. Pokračujte v plynulom spúšťaní trubice, až kým nezíska jasný obraz škrabanca A, ktorý sa pozorovateľovi zdá v bode C. Zaznamenajte nový údaj b2 limbu. Vzdialenosť h1 od objektívu k hornému povrchu platne je úmerná b2:
h2 = kb2 (obr. 4.8, b).

Vzdialenosti od bodov B a C k šošovke sú rovnaké, pretože pozorovateľ ich vidí rovnako jasne.

Posun rúrky h1-h2 sa rovná zdanlivej hrúbke dosky (obr.

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

5. Zmerajte hrúbku dosky d v priesečníku ťahov. Za týmto účelom umiestnite pomocnú sklenenú doštičku 2 pod testovaciu doštičku 1 (obr. 4.9) a spustite tubus mikroskopu, kým sa šošovka (mierne) dotkne testovacej dosky. Všimnite si označenie končatiny a1. Vyberte skúmanú platňu a sklopte trubicu mikroskopu, kým sa objektív nedotkne platne 2.

Označenie poznámky a2.

Objektív mikroskopu zároveň klesne do výšky rovnajúcej sa hrúbke skúmanej platne, t.j.

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

6. Vypočítajte index lomu materiálu dosky pomocou vzorca

n = d/dl = (al-a2)/(bl-b2). (4.10)

7. Všetky vyššie uvedené merania zopakujte 3-5 krát, vypočítajte priemernú hodnotu n, absolútne a relatívne chyby rn a rn/n.

Stanovenie indexu lomu kvapalín pomocou refraktometra

Prístroje, ktoré sa používajú na stanovenie indexov lomu, sa nazývajú refraktometre.

Celkový pohľad a optická schéma RL refraktometra sú znázornené na obr. 4.10 a 4.11.

Meranie indexu lomu kvapalín pomocou RL refraktometra je založené na fenoméne lomu svetla, ktoré prešlo rozhraním medzi dvoma médiami s rôznymi indexmi lomu.

Svetelný lúč (obr.

4.11) zo zdroja 1 (žiarovka alebo rozptýlené denné svetlo) pomocou zrkadla 2 smeruje cez okienko v kryte prístroja na dvojitý hranol pozostávajúci z hranolov 3 a 4, ktoré sú vyrobené zo skla s indexom lomu z 1 540.

Povrch AA horného osvetľovacieho hranola 3 (obr.

4.12, a) je matný a slúži na osvetlenie kvapaliny rozptýleným svetlom uloženým v tenkej vrstve v medzere medzi hranolmi 3 a 4. Svetlo rozptýlené matným povrchom 3 prechádza cez planparalelnú vrstvu skúmanej kvapaliny a dopadá na diagonálnu plochu trhaviny spodného hranolu 4 pod rozdielne
uhly i sa pohybujú od nuly do 90°.

Aby sa predišlo javu úplného vnútorného odrazu svetla na povrchu výbušniny, mal by byť index lomu skúmanej kvapaliny menší ako index lomu skla hranola 4, t.j.

menej ako 1 540.

Lúč svetla s uhlom dopadu 90° sa nazýva kĺzavý lúč.

Klzný lúč, lámaný na rozhraní tekutého skla, pôjde v hranole 4 pri hraničnom uhle lomu r atď< 90о.

Lom klzného lúča v bode D (pozri obrázok 4.12, a) sa riadi zákonom

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

alebo nzh = nstsinrpr, (4.12)

keďže sinipr = 1.

Na povrchu BC hranola 4 sa svetelné lúče znovu lámu a potom

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4,13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

kde a je lom lúča hranola 4.

Spoločným riešením systému rovníc (4.12), (4.13), (4.14) môžeme získať vzorec, ktorý dáva do vzťahu index lomu nzh skúmanej kvapaliny s hraničným uhlom lomu r'pr lúča, ktorý vychádza z hranol 4:

Ak je ďalekohľad umiestnený v dráhe lúčov vychádzajúcich z hranola 4, potom bude spodná časť jeho zorného poľa osvetlená a horná časť tmavá. Rozhranie medzi svetlým a tmavým poľom tvoria lúče s limitným uhlom lomu r¢pr. V tomto systéme nie sú žiadne lúče s uhlom lomu menším ako r¢pr (obr.

Hodnota r¢pr a poloha hranice šerosvitu teda závisia iba od indexu lomu nzh skúmanej kvapaliny, pretože nst a a sú v tomto zariadení konštantné hodnoty.

Keď poznáme nst, a a r¢pr, je možné vypočítať nzh pomocou vzorca (4.15). V praxi sa na kalibráciu stupnice refraktometra používa vzorec (4.15).

Na stupnici 9 (pozri

ryža. 4.11), hodnoty indexu lomu pre ld = 5893 Å sú vynesené vľavo. Pred okulárom 10 - 11 je doštička 8 so značkou (--).

Pohybom okuláru spolu s platňou 8 pozdĺž stupnice je možné dosiahnuť zarovnanie značky s deliacou čiarou medzi tmavým a svetlým zorným poľom.

Delenie stupnice 9, ktoré sa zhoduje so značkou, udáva hodnotu indexu lomu nzh skúmanej kvapaliny. Objektív 6 a okulár 10-11 tvoria ďalekohľad.

Rotačný hranol 7 mení priebeh lúča a smeruje ho do okuláru.

V dôsledku rozptylu skla a skúmanej kvapaliny sa namiesto jasnej deliacej čiary medzi tmavými a jasnými poľami pri pozorovaní v bielom svetle získa dúhový pruh. Aby sa eliminoval tento efekt, je disperzný kompenzátor 5 inštalovaný pred šošovkou ďalekohľadu. Hlavnou časťou kompenzátora je hranol, ktorý je zlepený z troch hranolov a môže sa otáčať voči osi ďalekohľadu.

Uhly lomu hranola a ich materiál sú zvolené tak, aby cez ne prešlo žlté svetlo s vlnovou dĺžkou ld = 5893 Å bez lomu. Ak je na dráhe farebných lúčov nainštalovaný kompenzačný hranol tak, že jeho rozptyl je rovnaký, čo sa týka veľkosti, ale opačného znamienka ako rozptyl meracieho hranola a kvapaliny, potom bude celkový rozptyl rovný nule. V tomto prípade sa lúč svetelných lúčov zhromažďuje do bieleho lúča, ktorého smer sa zhoduje so smerom obmedzujúceho žltého lúča.

Pri rotácii kompenzačného hranolu teda odpadá farba farebného odtieňa. Spolu s hranolom 5 sa rozptyľovacie rameno 12 otáča vzhľadom na pevný ukazovateľ (pozri obr. 4.10). Uhol natočenia Z končatiny umožňuje posúdiť hodnotu priemerného rozptylu skúmanej kvapaliny.

Stupnica číselníka musí byť odstupňovaná. Rozvrh je priložený k inštalácii.

Zákazka

1. Zdvihnite hranol 3, umiestnite 2-3 kvapky testovacej kvapaliny na povrch hranola 4 a spustite hranol 3 (pozri obr. 4.10).

3. Pomocou očného zamerania dosiahnete ostrý obraz mierky a rozhrania medzi zornými poľami.

4. Otočením rukoväte 12 kompenzátora 5 zničte farebné sfarbenie rozhrania medzi zornými poľami.

Pohybom okuláru pozdĺž stupnice zarovnajte značku (—-) s okrajom tmavého a svetlého poľa a zaznamenajte hodnotu kvapalinového indexu.

6. Preskúmajte navrhovaný súbor kvapalín a vyhodnoťte chybu merania.

7. Po každom meraní utrieme povrch hranolov filtračným papierom namočeným v destilovanej vode.

testovacie otázky

možnosť 1

Definujte absolútne a relatívne indexy lomu média.

2. Nakreslite cestu lúčov cez rozhranie dvoch médií (n2> n1, an2< n1).

3. Získajte vzťah, ktorý spája index lomu n s hrúbkou da zdanlivou hrúbkou d¢ platne.

4. Úloha. Hraničný uhol celkového vnútorného odrazu pre niektoré látky je 30°.

Nájdite index lomu tejto látky.

Odpoveď: n=2.

Možnosť 2

1. Čo je fenomén totálnej vnútornej reflexie?

2. Popíšte konštrukciu a princíp činnosti refraktometra RL-2.

3. Vysvetlite úlohu kompenzátora v refraktometri.

4. Úloha. Žiarovka sa spúšťa zo stredu okrúhlej plte do hĺbky 10 m. Nájdite minimálny polomer plte, pričom na hladinu by sa nemal dostať ani jeden lúč zo žiarovky.

Odpoveď: R = 11,3 m.

INDEX LOMU, alebo REFRAKČNÝ KOEFICIENT, je abstraktné číslo charakterizujúce refrakčnú silu priehľadného média. Index lomu sa označuje latinským písmenom π a je definovaný ako pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu lúča vstupujúceho z dutiny do daného priehľadného prostredia:

n = sin α/sin β = konštanta alebo ako pomer rýchlosti svetla v dutine k rýchlosti svetla v danom priehľadnom prostredí: n = c/νλ z dutiny do daného priehľadného prostredia.

Index lomu sa považuje za mieru optickej hustoty média

Takto stanovený index lomu sa nazýva absolútny index lomu, na rozdiel od relatívneho indexu lomu.

e) ukazuje, koľkokrát sa rýchlosť šírenia svetla spomalí pri prechode jeho indexu lomu, ktorý je určený pomerom sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu pri prechode lúča z prostredia 1 hustoty na médium inej hustoty. Relatívny index lomu sa rovná pomeru absolútnych indexov lomu: n = n2/n1, kde n1 a n2 sú absolútne indexy lomu prvého a druhého prostredia.

Absolútny index lomu všetkých telies - pevných, kvapalných a plynných - je väčší ako jedna a pohybuje sa od 1 do 2, pričom hodnotu 2 prekračuje len v ojedinelých prípadoch.

Index lomu závisí tak od vlastností prostredia, ako aj od vlnovej dĺžky svetla a zvyšuje sa s klesajúcou vlnovou dĺžkou.

Preto je písmenu p priradený index, ktorý označuje vlnovú dĺžku, na ktorú sa indikátor vzťahuje.

INDEX LOMU

Napríklad pre sklo TF-1 je index lomu v červenej časti spektra nC=1,64210 a vo fialovej časti nG'=1,67298.

Indexy lomu niektorých priehľadných telies

Vzduch - 1,000292

Voda - 1 334

Éter - 1 358

Etylalkohol - 1,363

Glycerín - 1,473

Organické sklo (plexisklo) - 1, 49

Benzén - 1,503

(Korunové sklo - 1,5163

Jedľa (kanadská), balzam 1,54

Ťažké korunkové sklo - 1, 61 26

Flintové sklo - 1,6164

Sirouhlík - 1,629

Ťažký sklenený kameň - 1, 64 75

Monobromonaftalén - 1,66

Sklo je najťažšie kremeň - 1,92

Diamant - 2,42

Rozdiel v indexe lomu pre rôzne časti spektra je príčinou chromatizmu, t.j.

rozklad bieleho svetla pri prechode cez lámavé časti - šošovky, hranoly a pod.

Laboratórium č. 41

Stanovenie indexu lomu kvapalín pomocou refraktometra

Účel práce: stanovenie indexu lomu kvapalín metódou úplného vnútorného odrazu pomocou refraktometra IRF-454B; štúdium závislosti indexu lomu roztoku od jeho koncentrácie.

Popis inštalácie

Keď sa nemonochromatické svetlo láme, rozkladá sa na zložkové farby do spektra.

Tento jav je spôsobený závislosťou indexu lomu látky od frekvencie (vlnovej dĺžky) svetla a nazýva sa disperzia svetla.

Je obvyklé charakterizovať refrakčnú silu média indexom lomu pri vlnovej dĺžke λ \u003d 589,3 nm (priemer vlnových dĺžok dvoch blízkych žltých čiar v spektre sodíkových pár).

60. Aké metódy na stanovenie koncentrácie látok v roztoku sa používajú pri atómovej absorpčnej analýze?

Tento index lomu je označený nD.

Mierou rozptylu je priemerný rozptyl, definovaný ako rozdiel ( nF-nC), kde nF je index lomu látky pri vlnovej dĺžke λ = 486,1 nm (modrá čiara vo vodíkovom spektre), nC je index lomu látky λ - 656,3 nm (červená čiara v spektre vodíka).

Lom látky je charakterizovaný hodnotou relatívnej disperzie:
Príručky zvyčajne uvádzajú prevrátenú hodnotu relatívneho rozptylu, t.j.

e.
,kde je disperzný koeficient alebo Abbeho číslo.

Prístroj na stanovenie indexu lomu kvapalín pozostáva z refraktometra IRF-454B s limitmi merania indikátora; lom nD v rozsahu od 1,2 do 1,7; testovacia kvapalina, obrúsky na utieranie povrchov hranolov.

Refraktometer IRF-454B je testovací prístroj určený na priame meranie indexu lomu kvapalín, ako aj na stanovenie priemernej disperzie kvapalín v laboratóriu.

Princíp činnosti zariadenia IRF-454B založené na fenoméne úplného vnútorného odrazu svetla.

Schematický diagram zariadenia je znázornený na obr. jeden.

Skúmaná kvapalina sa umiestni medzi dve strany hranola 1 a 2. Hranol 2 s dobre vyleštenou stranou AB meria a hranol 1 má matnú plochu ALE1 AT1 - osvetlenie. Lúče zo zdroja svetla dopadajú na okraj ALE1 S1 , lámať, spadnúť na matný povrch ALE1 AT1 a rozptýlené týmto povrchom.

Potom prechádzajú cez vrstvu skúmanej kvapaliny a padajú na povrch. AB hranoly 2.

Podľa zákona lomu
, kde
a sú uhly lomu lúčov v kvapaline a hranole.

So zvyšujúcim sa uhlom dopadu
uhol lomu sa tiež zvyšuje a dosahuje svoju maximálnu hodnotu
, kedy
, t.

keď lúč v kvapaline kĺže po povrchu AB. teda
. Lúče vychádzajúce z hranola 2 sú teda obmedzené do určitého uhla
.

Lúče prichádzajúce z kvapaliny do hranola 2 pod veľkými uhlami podliehajú úplnému vnútornému odrazu na rozhraní AB a neprechádzajú cez hranol.

Uvažované zariadenie sa používa na štúdium kvapalín, indexu lomu čo je menej ako index lomu hranol 2 teda do hranola vstúpia lúče všetkých smerov, lámané na hranici kvapaliny a skla.

Je zrejmé, že časť hranola zodpovedajúca neprepusteným lúčom bude stmavená. V ďalekohľade 4 umiestnenom na dráhe lúčov vystupujúcich z hranola možno pozorovať rozdelenie zorného poľa na svetlé a tmavé časti.

Otočením sústavy hranolov 1-2 sa spája hranica medzi svetlým a tmavým poľom s krížom závitov okuláru ďalekohľadu. Systém hranolov 1-2 je spojený so stupnicou, ktorá je kalibrovaná v hodnotách indexu lomu.

Stupnica je umiestnená v spodnej časti zorného poľa potrubia a pri spojení rezu zorného poľa s krížom závitov udáva zodpovedajúcu hodnotu indexu lomu kvapaliny. .

Vplyvom rozptylu bude rozhranie zorného poľa v bielom svetle zafarbené. Na elimináciu zafarbenia, ako aj na stanovenie priemernej disperzie testovanej látky sa používa kompenzátor 3, pozostávajúci z dvoch systémov lepených hranolov s priamym pohľadom (Amiciho ​​hranoly).

Hranoly je možné pomocou presného rotačného mechanického zariadenia súčasne otáčať rôznymi smermi, čím sa mení vlastná disperzia kompenzátora a eliminuje sa zafarbenie zorného poľa pozorovaného cez optickú sústavu 4. Ku kompenzátoru je pripojený bubon so stupnicou. , ktorý určuje disperzný parameter, ktorý umožňuje vypočítať priemerné disperzné látky.

Zákazka

Zariadenie nastavte tak, aby svetlo zo zdroja (žiarovky) vstupovalo do osvetľovacieho hranola a rovnomerne osvetľovalo zorné pole.

2. Otvorte merací hranol.

Sklenenou tyčinkou naneste na jej povrch niekoľko kvapiek vody a hranol opatrne zatvorte. Medzeru medzi hranolmi treba rovnomerne vyplniť tenkou vrstvou vody (na tú si dávajte obzvlášť pozor).

Pomocou skrutky prístroja so stupnicou odstráňte zafarbenie zorného poľa a získajte ostrú hranicu medzi svetlom a tieňom. Zarovnajte ho pomocou ďalšej skrutky s referenčným krížom okuláru prístroja. Určte index lomu vody na stupnici okuláru s presnosťou na tisícinu.

Porovnajte získané výsledky s referenčnými údajmi pre vodu. Ak rozdiel medzi nameraným a tabuľkovým indexom lomu nepresiahne ± 0,001, tak meranie prebehlo správne.

Cvičenie 1

1. Pripravte si roztok kuchynskej soli ( NaCl) s koncentráciou blízkou limitu rozpustnosti (napríklad C = 200 g/liter).

Zmerajte index lomu výsledného roztoku.

3. Zriedením roztoku o celé číslo získajte závislosť indikátora; refrakcia od koncentrácie roztoku a vyplňte tabuľku. jeden.

stôl 1

Cvičenie. Ako dosiahnuť iba zriedením koncentráciu roztoku rovnajúcu sa 3/4 maximálnej (počiatočnej)?

Nakreslite graf závislosti n=n(C). Ďalšie spracovanie experimentálnych údajov by sa malo vykonávať podľa pokynov učiteľa.

Spracovanie experimentálnych údajov

a) Grafická metóda

Z grafu určite sklon AT, ktorý za podmienok experimentu bude charakterizovať rozpustenú látku a rozpúšťadlo.

2. Určte koncentráciu roztoku pomocou grafu NaCl podáva laborant.

b) Analytická metóda

Vypočítajte podľa najmenších štvorcov ALE, AT a SB.

Podľa zistených hodnôt ALE a AT určiť priemer
koncentrácia roztoku NaCl podáva laborant

testovacie otázky

rozptyl svetla. Aký je rozdiel medzi normálnou a abnormálnou disperziou?

2. Čo je to fenomén totálnej vnútornej reflexie?

3. Prečo nie je možné zmerať index lomu kvapaliny väčší ako index lomu hranolu pomocou tohto nastavenia?

4. Prečo tvár hranola ALE1 AT1 urobiť matným?

Degradácia, Index

Psychologická encyklopédia

Spôsob, ako posúdiť stupeň duševnej degradácie! funkcie merané testom Wexler-Bellevue. Index je založený na pozorovaní, že úroveň rozvoja niektorých schopností, meraná testom, s vekom klesá, zatiaľ čo iné nie.

Index

Psychologická encyklopédia

- index, menný register, tituly a pod.V psychológii - digitálny ukazovateľ na kvantifikáciu, charakterizáciu javov.

Od čoho závisí index lomu látky?

Index

Psychologická encyklopédia

1. Najvšeobecnejší význam: čokoľvek používané na označenie, identifikáciu alebo nasmerovanie; označenie, nápisy, znaky alebo symboly. 2. Vzorec alebo číslo, často vyjadrené ako faktor, ukazujúce nejaký vzťah medzi hodnotami alebo meraniami, alebo medzi…

Sociabilita, Index

Psychologická encyklopédia

Charakteristika, ktorá vyjadruje spoločenskosť človeka. Sociogram napríklad poskytuje okrem iných meraní hodnotenie sociability rôznych členov skupiny.

Výber, Index

Psychologická encyklopédia

Vzorec na vyhodnotenie sily konkrétneho testu alebo testovanej položky pri rozlišovaní jednotlivcov od seba.

Spoľahlivosť, Index

Psychologická encyklopédia

Štatistika, ktorá poskytuje odhad korelácie medzi skutočnými hodnotami získanými z testu a teoreticky správnymi hodnotami.

Tento index je daný ako hodnota r, kde r je vypočítaný bezpečnostný faktor.

Účinnosť prognózovania, index

Psychologická encyklopédia

Miera rozsahu, v akom možno znalosti o jednej premennej použiť na predpovede o inej premennej, ak je známa korelácia týchto premenných. Zvyčajne v symbolickej forme je to vyjadrené ako E, index je reprezentovaný ako 1 - ((...

Slová, index

Psychologická encyklopédia

Všeobecný termín pre akúkoľvek systematickú frekvenciu výskytu slov v písanom a/alebo hovorenom jazyku.

Takéto indexy sú často obmedzené na špecifické jazykové oblasti, napr. učebnice prvého ročníka, interakcie medzi rodičmi a deťmi. Známe sú však odhady...

Štruktúra tela, index

Psychologická encyklopédia

Meranie tela navrhnuté Eysenckom na základe pomeru výšky k obvodu hrudníka.

Tí, ktorých skóre sa nachádzalo v "normálnom" rozsahu, sa nazývali mezomorfy, tí v rámci štandardnej odchýlky alebo nad priemerom sa nazývali leptomorfy a tí v rámci štandardnej odchýlky alebo...

NA PREDNÁŠKU №24

"INSTRUMENTÁLNE METÓDY ANALÝZY"

REFRAKTOMETRIA.

Literatúra:

1. V.D. Ponomarev "Analytická chémia" 1983 246-251

2. A.A. Ishchenko "Analytická chémia" 2004, s. 181-184

REFRAKTOMETRIA.

Refraktometria je jednou z najjednoduchších fyzikálnych metód analýzy, ktorá vyžaduje minimálne množstvo analytu a vykonáva sa vo veľmi krátkom čase.

Refraktometria- metóda založená na fenoméne lomu alebo lomu t.j.

zmena smeru šírenia svetla pri prechode z jedného prostredia do druhého.

Lom svetla, ako aj absorpcia svetla, je dôsledkom jeho interakcie s prostredím.

Slovo refraktometria znamená rozmer lom svetla, ktorý sa odhaduje hodnotou indexu lomu.

Hodnota indexu lomu n závisí

1) o zložení látok a systémov,

2) od pri akej koncentrácii a s akými molekulami sa svetelný lúč na svojej ceste stretáva, pretože

Pôsobením svetla sa molekuly rôznych látok polarizujú rôznymi spôsobmi. Práve na tejto závislosti je založená refraktometrická metóda.

Táto metóda má množstvo výhod, v dôsledku ktorých našla široké uplatnenie ako v chemickom výskume, tak aj pri riadení technologických procesov.

1) Meranie indexov lomu je veľmi jednoduchý proces, ktorý sa vykonáva presne a s minimálnymi investíciami času a množstva látky.

2) Refraktometre zvyčajne poskytujú až 10% presnosť pri určovaní indexu lomu svetla a obsahu analytu

Metóda refraktometrie sa používa na kontrolu pravosti a čistoty, na identifikáciu jednotlivých látok, na stanovenie štruktúry organických a anorganických zlúčenín pri štúdiu roztokov.

Refraktometria sa používa na stanovenie zloženia dvojzložkových roztokov a pre ternárne systémy.

Fyzikálny základ metódy

REFRAKTÍVNY INDIKÁTOR.

Odchýlka svetelného lúča od jeho pôvodného smeru pri jeho prechode z jedného prostredia do druhého je tým väčšia, čím väčší je rozdiel v rýchlostiach šírenia svetla v dvoch

tieto prostredia.

Zvážte lom svetelného lúča na hranici dvoch priehľadných médií I a II (pozri obr.

Ryža.). Súhlasme s tým, že médium II má väčšiu refrakčnú silu, a preto n1 a n2- ukazuje lom odpovedajúceho média. Ak médiom I nie je vákuum ani vzduch, potom pomer sin uhla dopadu svetelného lúča k sin uhla lomu dá hodnotu relatívneho indexu lomu n rel. Hodnota n rel.

Aký je index lomu skla? A kedy je to potrebné vedieť?

možno definovať aj ako pomer indexov lomu uvažovaného média.

nrel. = —— = —

Hodnota indexu lomu závisí od

1) povaha látok

Povaha látky je v tomto prípade určená mierou deformovateľnosti jej molekúl pôsobením svetla – mierou polarizovateľnosti.

Čím intenzívnejšia je polarizácia, tým silnejší je lom svetla.

2)vlnová dĺžka dopadajúceho svetla

Meranie indexu lomu sa uskutočňuje pri vlnovej dĺžke svetla 589,3 nm (čiara D sodíkového spektra).

Závislosť indexu lomu na vlnovej dĺžke svetla sa nazýva disperzia.

Čím je vlnová dĺžka kratšia, tým je lom väčší. Preto sa lúče rôznych vlnových dĺžok lámu rôzne.

3)teplota pri ktorom sa meranie vykonáva. Predpokladom na určenie indexu lomu je dodržiavanie teplotného režimu. Typicky sa stanovenie uskutočňuje pri 20 ± 0,3 °C.

So stúpajúcou teplotou index lomu klesá a so znižovaním teploty sa zvyšuje..

Korekcia teploty sa vypočíta podľa nasledujúceho vzorca:

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

nt- Zbohom index lomu pri danej teplote,

n20 - index lomu pri 200С

Vplyv teploty na hodnoty indexov lomu plynov a kvapalín súvisí s hodnotami ich koeficientov objemovej rozťažnosti.

Objem všetkých plynov a kvapalín sa pri zahrievaní zvyšuje, hustota klesá a v dôsledku toho sa indikátor znižuje

Index lomu meraný pri 200 °C a vlnovej dĺžke svetla 589,3 nm je označený indexom nD20

Závislosť indexu lomu homogénneho dvojzložkového systému od jeho stavu sa stanoví experimentálne stanovením indexu lomu pre množstvo štandardných systémov (napríklad roztokov), ktorých obsah zložiek je známy.

4) koncentrácia látky v roztoku.

Pre mnohé vodné roztoky látok boli spoľahlivo zmerané indexy lomu pri rôznych koncentráciách a teplotách a v týchto prípadoch je možné použiť referenčné údaje. refraktometrické tabuľky.

Prax ukazuje, že keď obsah rozpustenej látky nepresahuje 10-20%, spolu s grafickou metódou je v mnohých prípadoch možné použiť lineárna rovnica ako:

n=nie+FC,

n- index lomu roztoku,

č je index lomu čistého rozpúšťadla,

C— koncentrácia rozpustenej látky, %

F-empirický koeficient, ktorého hodnota sa zistí

stanovením indexov lomu roztokov známej koncentrácie.

REFRAKTOMETRE.

Refraktometre sú zariadenia používané na meranie indexu lomu.

Existujú 2 typy týchto prístrojov: refraktometer typu Abbe a typ Pulfrich. V týchto aj v iných sú merania založené na určení veľkosti medzného uhla lomu. V praxi sa používajú refraktometre rôznych systémov: laboratórne-RL, univerzálne RLU atď.

Index lomu destilovanej vody n0 = 1,33299, v praxi sa tento ukazovateľ považuje za referenčný ako n0 =1,333.

Princíp činnosti na refraktometroch je založený na stanovení indexu lomu metódou limitného uhla (uhol úplného odrazu svetla).

Ručný refraktometer

Refraktometer Abbe

Procesy, ktoré sú spojené so svetlom, sú dôležitou súčasťou fyziky a obklopujú nás všade v našom každodennom živote. Najdôležitejšie v tejto situácii sú zákony odrazu a lomu svetla, na ktorých je založená moderná optika. Lom svetla je dôležitou súčasťou modernej vedy.

Efekt skreslenia

Tento článok vám prezradí, čo je to fenomén lomu svetla, ako aj ako vyzerá zákon lomu a čo z neho vyplýva.

Základy fyzikálneho javu

Keď lúč dopadne na povrch, ktorý je oddelený dvoma priehľadnými látkami, ktoré majú rozdielnu optickú hustotu (napríklad rôzne sklá alebo vo vode), časť lúčov sa odrazí a časť prenikne do druhej štruktúry (napr. bude sa množiť vo vode alebo skle). Pri prechode z jedného média do druhého je lúč charakterizovaný zmenou jeho smeru. Ide o fenomén lomu svetla.
Odraz a lom svetla je obzvlášť dobre viditeľný vo vode.

efekt deformácie vody

Pri pohľade na veci vo vode sa zdajú byť skreslené. Je to viditeľné najmä na hranici medzi vzduchom a vodou. Vizuálne sa zdá, že objekty pod vodou sú mierne vychýlené. Opísaný fyzikálny jav je práve dôvodom, prečo sa všetky predmety vo vode zdajú skreslené. Keď lúče dopadnú na sklo, tento efekt je menej nápadný.
Lom svetla je fyzikálny jav, ktorý sa vyznačuje zmenou smeru slnečného lúča v momente prechodu z jedného prostredia (štruktúry) do druhého.
Ak chcete lepšie pochopiť tento proces, zvážte príklad lúča padajúceho zo vzduchu do vody (podobne ako v prípade skla). Nakreslením kolmice pozdĺž rozhrania možno merať uhol lomu a návratu svetelného lúča. Tento indikátor (uhol lomu) sa zmení, keď prúd prenikne do vody (vo vnútri pohára).
Poznámka! Tento parameter sa chápe ako uhol, ktorý tvorí kolmicu na oddelenie dvoch látok, keď lúč preniká z prvej štruktúry do druhej.

Priechod lúča

Rovnaký indikátor je typický pre iné prostredia. Zistilo sa, že tento indikátor závisí od hustoty látky. Ak lúč dopadá z menej hustej štruktúry na hustejšiu, potom bude vytvorený uhol skreslenia väčší. A ak naopak, tak menej.
Zároveň tento ukazovateľ ovplyvní aj zmena sklonu pádu. Ale vzťah medzi nimi nezostáva konštantný. Zároveň zostane pomer ich sínusov konštantný, čo je znázornené nasledujúcim vzorcom: sinα / sinγ = n, kde:

• n je konštantná hodnota, ktorá je popísaná pre každú konkrétnu látku (vzduch, sklo, voda atď.). Preto, aká bude táto hodnota, sa dá určiť zo špeciálnych tabuliek;
• α je uhol dopadu;
• γ je uhol lomu.

Na určenie tohto fyzikálneho javu bol vytvorený zákon lomu.

fyzikálny zákon

Zákon lomu svetelných tokov umožňuje určiť vlastnosti priehľadných látok. Samotný zákon pozostáva z dvoch ustanovení:

• Prvá časť. Lúč (dopad, upravený) a kolmica, ktorá bola obnovená v bode dopadu na rozhraní, napríklad vzduch a voda (sklo atď.), budú umiestnené v rovnakej rovine;
• druhá časť. Ukazovateľ pomeru sínusu uhla dopadu k sínusu rovnakého uhla vytvoreného pri prekročení hranice bude konštantná hodnota.

Popis zákona

V tomto prípade v momente, keď lúč vystúpi z druhej konštrukcie do prvej (napríklad keď svetelný tok prechádza zo vzduchu, cez sklo a späť do vzduchu), dôjde tiež k efektu skreslenia.

Dôležitý parameter pre rôzne objekty

Hlavným ukazovateľom v tejto situácii je pomer sínusu uhla dopadu k podobnému parametru, ale pre skreslenie. Ako vyplýva z vyššie opísaného zákona, tento ukazovateľ je konštantná hodnota.
Zároveň, keď sa zmení hodnota sklonu pádu, rovnaká situácia bude typická pre podobný ukazovateľ. Tento parameter je veľmi dôležitý, pretože je integrálnou charakteristikou transparentných látok.

Indikátory pre rôzne predmety

Vďaka tomuto parametru môžete celkom efektívne rozlišovať medzi druhmi skla, ako aj rôznymi drahými kameňmi. Je tiež dôležitý pre určenie rýchlosti svetla v rôznych médiách.

Poznámka! Najvyššia rýchlosť svetelného toku je vo vákuu.

Pri prechode z jednej látky na druhú sa jej rýchlosť zníži. Napríklad diamant, ktorý má najvyšší index lomu, bude mať rýchlosť šírenia fotónu 2,42-krát vyššiu ako vzduch. Vo vode sa budú šíriť 1,33-krát pomalšie. Pre rôzne typy skla sa tento parameter pohybuje od 1,4 do 2,2.

Poznámka! Niektoré sklá majú index lomu 2,2, čo je veľmi blízko diamantu (2,4). Preto nie je vždy možné rozlíšiť kúsok skla od skutočného diamantu.

Optická hustota látok

Svetlo môže prenikať cez rôzne látky, ktoré sa vyznačujú rôznou optickou hustotou. Ako sme už povedali, pomocou tohto zákona môžete určiť charakteristiku hustoty média (štruktúry). Čím je hustejšia, tým pomalšie sa v nej bude šíriť rýchlosť svetla. Napríklad sklo alebo voda budú opticky hustejšie ako vzduch.
Okrem toho, že tento parameter je konštantná hodnota, odráža aj pomer rýchlosti svetla v dvoch látkach. Fyzikálny význam možno zobraziť ako nasledujúci vzorec:

Tento indikátor hovorí, ako sa mení rýchlosť šírenia fotónov pri prechode z jednej látky na druhú.

Ďalší dôležitý ukazovateľ

Pri pohybe svetelného toku cez priehľadné predmety je možná jeho polarizácia. Pozoruje sa pri prechode svetelného toku z dielektrických izotropných médií. K polarizácii dochádza, keď fotóny prechádzajú sklom.

polarizačný efekt

Čiastočná polarizácia sa pozoruje, keď sa uhol dopadu svetelného toku na hranici dvoch dielektrík líši od nuly. Stupeň polarizácie závisí od toho, aké boli uhly dopadu (Brewsterov zákon).

Úplný vnútorný odraz

Na záver našej krátkej odbočky je ešte potrebné považovať takýto efekt za plnohodnotnú vnútornú reflexiu.

Fenomén plného zobrazenia

Pre vznik tohto efektu je potrebné zväčšiť uhol dopadu svetelného toku v momente jeho prechodu z hustejšieho do menej hustého prostredia na rozhraní medzi látkami. V situácii, keď tento parameter prekročí určitú hraničnú hodnotu, potom sa fotóny dopadajúce na hranicu tohto úseku úplne prejavia. V skutočnosti to bude náš želaný jav. Bez nej nebolo možné vyrobiť vláknovú optiku.

Záver

Praktická aplikácia vlastností správania sa svetelného toku dala veľa a vytvorila rôzne technické zariadenia na zlepšenie nášho života. Svetlo zároveň ľudstvu neotvorilo všetky svoje možnosti a jeho praktický potenciál sa ešte naplno neuskutočnil.

Ako vyrobiť papierovú lampu vlastnými rukami
Ako skontrolovať výkon LED pásika

Tento článok odhaľuje podstatu takej koncepcie optiky, ako je index lomu. Uvádzajú sa vzorce na získanie tejto hodnoty, uvádza sa stručný prehľad aplikácie javu lomu elektromagnetickej vlny.

Schopnosť vidieť a index lomu

Na úsvite civilizácie si ľudia kládli otázku: ako vidí oko? Predpokladalo sa, že človek vyžaruje lúče, ktoré cítia okolité predmety, alebo naopak, všetky veci takéto lúče vyžarujú. Odpoveď na túto otázku dostala v sedemnástom storočí. Je obsiahnutý v optike a súvisí s tým, čo je index lomu. Svetlo, ktoré sa odráža od rôznych nepriehľadných povrchov a láme sa na hranici s priehľadnými, dáva človeku príležitosť vidieť.

Svetlo a index lomu

Naša planéta je zahalená svetlom Slnka. A práve s vlnovou povahou fotónov je spojený taký pojem ako absolútny index lomu. Keď sa fotón šíri vo vákuu, nenarazí na žiadne prekážky. Na planéte sa svetlo stretáva s mnohými rôznymi hustejšími médiami: atmosférou (zmes plynov), vodou, kryštálmi. Keďže ide o elektromagnetické vlnenie, fotóny svetla majú vo vákuu jednu fázovú rýchlosť (označené ako c) a v životnom prostredí - ďalšie (označené v). Pomer prvého a druhého je to, čo sa nazýva absolútny index lomu. Vzorec vyzerá takto: n = c / v.

Fázová rýchlosť

Stojí za to uviesť definíciu fázovej rýchlosti elektromagnetického média. Inak pochopte, čo je index lomu n, je zakázané. Fotón svetla je vlna. Dá sa teda reprezentovať ako balík energie, ktorý osciluje (predstavte si segment sínusoidy). Fáza - toto je segment sínusoidy, ktorý vlna prechádza v danom čase (pripomeňme, že je to dôležité pre pochopenie takej veličiny, ako je index lomu).

Fáza môže byť napríklad maximálne sínusoida alebo nejaký segment jej sklonu. Fázová rýchlosť vlny je rýchlosť, ktorou sa daná fáza pohybuje. Ako vysvetľuje definícia indexu lomu, pre vákuum a pre médium sa tieto hodnoty líšia. Navyše, každé prostredie má svoju vlastnú hodnotu tejto veličiny. Akákoľvek transparentná zlúčenina, bez ohľadu na jej zloženie, má index lomu odlišný od všetkých ostatných látok.

Absolútny a relatívny index lomu

Vyššie už bolo ukázané, že absolútna hodnota sa meria vzhľadom na vákuum. Na našej planéte je to však ťažké: svetlo častejšie dopadá na hranicu vzduchu a vody či kremeňa a spinelu. Pre každé z týchto médií, ako je uvedené vyššie, je index lomu odlišný. Vo vzduchu sa fotón svetla pohybuje jedným smerom a má jednu fázovú rýchlosť (v 1), ale keď vstúpi do vody, zmení smer šírenia a fázovú rýchlosť (v 2). Oba tieto smery však ležia v rovnakej rovine. Je to veľmi dôležité pre pochopenie toho, ako sa obraz okolitého sveta vytvára na sietnici oka alebo na matrici fotoaparátu. Pomer dvoch absolútnych hodnôt udáva relatívny index lomu. Vzorec vyzerá takto: n 12 \u003d v 1 / v 2.

Ale čo ak svetlo naopak vychádza z vody a dostáva sa do vzduchu? Potom bude táto hodnota určená vzorcom n 21 = v 2 / v 1. Pri vynásobení relatívnych indexov lomu dostaneme n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1. Tento pomer platí pre akýkoľvek pár médií. Relatívny index lomu možno zistiť zo sínusov uhlov dopadu a lomu n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Nezabudnite, že uhly sa počítajú od normály k povrchu. Normála je čiara, ktorá je kolmá na povrch. Teda ak je problému daný uhol α klesajúcej vzhľadom na samotný povrch, potom je potrebné zvážiť sínus (90 - α).

Krása indexu lomu a jeho aplikácie

Počas pokojného slnečného dňa sa na dne jazera hrajú odlesky. Skalu pokrýva tmavomodrý ľad. Na ženskej ruke diamant rozptyľuje tisíce iskier. Tieto javy sú dôsledkom toho, že všetky hranice transparentných médií majú relatívny index lomu. Okrem estetického potešenia je možné tento fenomén využiť aj na praktické aplikácie.

Tu je niekoľko príkladov:

• Sklenená šošovka zbiera lúč slnečného svetla a zapáli trávu.
• Laserový lúč sa zameria na chorý orgán a odreže nepotrebné tkanivo.
• Slnečné svetlo sa láme na starodávnom vitráži a vytvára zvláštnu atmosféru.
• Mikroskop zväčšuje veľmi malé detaily
• Šošovky spektrofotometrov zbierajú laserové svetlo odrazené od povrchu skúmanej látky. Takto je možné pochopiť štruktúru a potom vlastnosti nových materiálov.
• Existuje dokonca projekt fotonického počítača, kde informácie nebudú prenášať elektróny, ako je to teraz, ale fotóny. Pre takéto zariadenie budú určite potrebné refrakčné prvky.

Vlnová dĺžka

Slnko nás však zásobuje fotónmi nielen vo viditeľnom spektre. Infračervené, ultrafialové a röntgenové lúče ľudský zrak nevníma, ale ovplyvňujú náš život. IR lúče nás udržujú v teple, UV fotóny ionizujú hornú vrstvu atmosféry a umožňujú rastlinám produkovať kyslík prostredníctvom fotosyntézy.

A čomu sa rovná index lomu, závisí nielen od látok, medzi ktorými leží hranica, ale aj od vlnovej dĺžky dopadajúceho žiarenia. Z kontextu je zvyčajne jasné, o akú hodnotu ide. Teda, ak kniha uvažuje o röntgenovom žiarení a jeho účinku na človeka, tak n tam je to definované pre tento rozsah. Zvyčajne sa však myslí viditeľné spektrum elektromagnetických vĺn, pokiaľ nie je uvedené inak.

Index lomu a odraz

Ako je zrejmé z vyššie uvedeného, ​​hovoríme o transparentných prostrediach. Ako príklady sme uviedli vzduch, vodu, diamant. Ale čo drevo, žula, plast? Existuje pre nich niečo ako index lomu? Odpoveď je zložitá, ale vo všeobecnosti áno.

V prvom rade by sme mali zvážiť, s akým druhom svetla máme do činenia. Tie médiá, ktoré sú nepriehľadné pre viditeľné fotóny, sú prerezané röntgenovým alebo gama žiarením. To znamená, že ak by sme boli všetci supermanmi, potom by bol pre nás celý svet okolo nás transparentný, ale v rôznej miere. Napríklad steny vyrobené z betónu by neboli hustejšie ako želé a kovové prvky by vyzerali ako kúsky hustejšieho ovocia.

Pre ostatné elementárne častice, mióny, je naša planéta vo všeobecnosti priehľadná skrz naskrz. Svojho času vedci priniesli veľa problémov, aby dokázali samotný fakt ich existencie. Mióny nás každú sekundu prepichnú v miliónoch, ale pravdepodobnosť, že sa jedna častica zrazí s hmotou, je veľmi malá a je veľmi ťažké to napraviť. Mimochodom, Bajkal sa čoskoro stane miestom na „chytanie“ miónov. Jeho hlboká a čistá voda je na to ideálna – najmä v zime. Hlavná vec je, že snímače nezamŕzajú. Index lomu betónu, napríklad pre röntgenové fotóny, teda dáva zmysel. Okrem toho je röntgenové ožarovanie látky jednou z najpresnejších a najdôležitejších metód na štúdium štruktúry kryštálov.

Je tiež potrebné pripomenúť, že v matematickom zmysle majú látky, ktoré sú pre daný rozsah nepriehľadné, imaginárny index lomu. Nakoniec je potrebné pochopiť, že teplota látky môže tiež ovplyvniť jej priehľadnosť.