Indeks biasan medium kedua berbanding dengan yang pertama. Bagaimanakah indeks biasan dikira?

Artikel ini mendedahkan intipati konsep optik seperti indeks biasan. Formula untuk mendapatkan kuantiti ini diberikan, dan gambaran ringkas tentang aplikasi fenomena pembiasan gelombang elektromagnet diberikan.

Penglihatan dan indeks biasan

Pada awal tamadun, orang bertanya soalan: bagaimana mata melihat? Telah dicadangkan bahawa seseorang memancarkan sinar yang merasakan objek sekeliling, atau, sebaliknya, semua benda memancarkan sinar tersebut. Jawapan kepada soalan ini telah diberikan pada abad ketujuh belas. Ia ditemui dalam optik dan berkaitan dengan apa itu indeks biasan. Mencerminkan dari pelbagai permukaan legap dan membias di sempadan dengan yang telus, cahaya memberi seseorang peluang untuk melihat.

Indeks cahaya dan biasan

Planet kita diselubungi cahaya Matahari. Dan ia adalah tepat dengan sifat gelombang foton bahawa konsep seperti indeks biasan mutlak dikaitkan. Merambat dalam vakum, foton tidak menghadapi sebarang halangan. Di planet ini, cahaya bertemu dengan pelbagai persekitaran yang lebih padat: atmosfera (campuran gas), air, kristal. Sebagai gelombang elektromagnet, foton cahaya mempunyai satu kelajuan fasa dalam vakum (ditandakan c), dan dalam persekitaran - satu lagi (ditandakan v). Nisbah pertama dan kedua adalah apa yang dipanggil indeks biasan mutlak. Formulanya kelihatan seperti ini: n = c / v.

Kelajuan fasa

Ia bernilai menentukan halaju fasa medium elektromagnet. Jika tidak, fahami apa itu indeks biasan n, ianya dilarang. Foton cahaya ialah gelombang. Ini bermakna ia boleh diwakili sebagai satu paket tenaga yang berayun (bayangkan segmen gelombang sinus). Fasa ialah segmen sinusoid yang dilalui gelombang pada masa tertentu (ingat bahawa ini penting untuk memahami kuantiti seperti indeks biasan).

Sebagai contoh, fasa mungkin maksimum sinusoid atau beberapa segmen cerunnya. Kelajuan fasa gelombang ialah kelajuan di mana fasa tertentu bergerak. Seperti yang dijelaskan oleh definisi indeks biasan, nilai-nilai ini berbeza untuk vakum dan untuk medium. Selain itu, setiap persekitaran mempunyai nilai kuantiti ini sendiri. Mana-mana sebatian lutsinar, tidak kira komposisinya, mempunyai indeks biasan yang berbeza daripada semua bahan lain.

Indeks biasan mutlak dan relatif

Ia telah ditunjukkan di atas bahawa nilai mutlak diukur secara relatif kepada vakum. Walau bagaimanapun, ini sukar di planet kita: cahaya lebih kerap mencecah sempadan udara dan air atau kuarza dan spinel. Bagi setiap media ini, seperti yang dinyatakan di atas, indeks biasan adalah berbeza. Di udara, foton cahaya bergerak sepanjang satu arah dan mempunyai satu kelajuan fasa (v 1), tetapi apabila ia masuk ke dalam air, ia mengubah arah perambatan dan kelajuan fasa (v 2). Walau bagaimanapun, kedua-dua arah ini terletak pada satah yang sama. Ini sangat penting untuk memahami bagaimana imej dunia sekeliling terbentuk pada retina mata atau pada matriks kamera. Nisbah dua nilai mutlak memberikan indeks biasan relatif. Formulanya kelihatan seperti ini: n 12 = v 1 / v 2.

Tetapi bagaimana jika cahaya, sebaliknya, keluar dari air dan memasuki udara? Kemudian nilai ini akan ditentukan oleh formula n 21 = v 2 / v 1. Apabila mendarab indeks biasan relatif, kita memperoleh n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1. Hubungan ini sah untuk mana-mana pasangan media. Indeks biasan relatif boleh didapati daripada sinus sudut tuju dan biasan n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Jangan lupa bahawa sudut diukur dari normal ke permukaan. Normal ialah garis yang berserenjang dengan permukaan. Iaitu, jika masalah itu diberi sudut α jatuh relatif kepada permukaan itu sendiri, maka kita mesti mengira sinus (90 - α).

Keindahan indeks biasan dan aplikasinya

Pada hari cerah yang tenang, pantulan bermain di dasar tasik. Ais biru gelap menutupi batu. Berlian menghamburkan beribu-ribu percikan di tangan seorang wanita. Fenomena ini adalah akibat daripada fakta bahawa semua sempadan media lutsinar mempunyai indeks biasan relatif. Selain keseronokan estetik, fenomena ini juga boleh digunakan untuk aplikasi praktikal.

Berikut adalah contoh:

Kanta kaca mengumpul pancaran cahaya matahari dan membakar rumput.
Pancaran laser memfokuskan pada organ yang berpenyakit dan memotong tisu yang tidak diperlukan.
Cahaya matahari dibiaskan pada tingkap kaca berwarna purba, mewujudkan suasana istimewa.
Mikroskop membesarkan imej butiran yang sangat kecil.
Kanta spektrofotometer mengumpul cahaya laser yang dipantulkan dari permukaan bahan yang sedang dikaji. Dengan cara ini, adalah mungkin untuk memahami struktur dan kemudian sifat bahan baru.
Malah terdapat projek untuk komputer fotonik, di mana maklumat akan dihantar bukan oleh elektron, seperti sekarang, tetapi oleh foton. Peranti sedemikian pasti memerlukan unsur biasan.

Panjang gelombang

Walau bagaimanapun, Matahari membekalkan kita dengan foton bukan sahaja dalam spektrum yang boleh dilihat. Julat inframerah, ultraungu dan sinar-x tidak dilihat oleh penglihatan manusia, tetapi ia mempengaruhi kehidupan kita. Sinar IR memanaskan kita, foton UV mengionkan lapisan atas atmosfera dan membolehkan tumbuhan menghasilkan oksigen melalui fotosintesis.

Dan indeks biasan yang sama bergantung bukan sahaja pada bahan di antara sempadannya, tetapi juga pada panjang gelombang sinaran kejadian. Nilai sebenar yang kita bincangkan biasanya jelas dari konteks. Maksudnya, jika buku itu meneliti x-ray dan kesannya terhadap manusia, maka n di sana ia ditakrifkan khusus untuk julat ini. Tetapi biasanya spektrum gelombang elektromagnet yang boleh dilihat adalah dimaksudkan melainkan sesuatu yang lain dinyatakan.

Indeks biasan dan pantulan

Memandangkan ia menjadi jelas daripada apa yang ditulis di atas, kita bercakap tentang persekitaran yang telus. Kami memberikan udara, air, dan berlian sebagai contoh. Tetapi bagaimana dengan kayu, granit, plastik? Adakah terdapat perkara seperti indeks biasan untuk mereka? Jawapannya rumit, tetapi secara umum - ya.

Pertama sekali, kita harus mempertimbangkan jenis cahaya yang kita hadapi. Media yang legap kepada foton yang kelihatan dipotong oleh sinar-X atau sinaran gamma. Iaitu, jika kita semua adalah superman, maka seluruh dunia di sekeliling kita akan menjadi telus kepada kita, tetapi pada tahap yang berbeza-beza. Sebagai contoh, dinding konkrit tidak akan lebih tumpat daripada jeli, dan kelengkapan logam akan kelihatan seperti kepingan buah yang lebih padat.

Untuk zarah asas lain, muon, planet kita secara amnya telus melalui dan melalui. Pada satu masa, saintis menghadapi banyak masalah untuk membuktikan hakikat kewujudan mereka. Berjuta-juta muon menembusi kita setiap saat, tetapi kebarangkalian satu zarah berlanggar dengan jirim adalah sangat kecil, dan sangat sukar untuk mengesannya. Dengan cara ini, Baikal tidak lama lagi akan menjadi tempat untuk "menangkap" muon. Airnya yang dalam dan jernih sesuai untuk ini - terutamanya pada musim sejuk. Perkara utama ialah sensor tidak membeku. Jadi indeks biasan konkrit, sebagai contoh, untuk foton x-ray masuk akal. Selain itu, penyinaran bahan dengan x-ray adalah salah satu cara yang paling tepat dan penting untuk mengkaji struktur kristal.

Perlu diingat juga bahawa dalam pengertian matematik, bahan yang legap untuk julat tertentu mempunyai indeks biasan khayalan. Akhir sekali, kita mesti faham bahawa suhu sesuatu bahan juga boleh menjejaskan ketelusannya.

INDEKS BISNIS(indeks biasan) - optik. ciri persekitaran yang berkaitan dengan pembiasan cahaya pada antara muka antara dua media optik homogen dan isotropik telus semasa peralihannya dari satu medium ke medium lain dan disebabkan oleh perbezaan halaju fasa perambatan cahaya dalam media.

Nilai P. p adalah sama dengan nisbah kelajuan ini. relatif P. p. persekitaran ini. Jika cahaya jatuh pada medium kedua atau pertama dari (di manakah kelajuan perambatan cahaya

dengan) , kemudian kuantiti pp mutlak purata ini. Dalam kes ini, hukum biasan boleh ditulis dalam bentuk di mana dan ialah sudut tuju dan biasan. Magnitud faktor kuasa mutlak bergantung pada sifat dan struktur bahan, keadaan pengagregatannya, suhu, tekanan, dll. Pada intensiti tinggi, faktor kuasa bergantung pada keamatan cahaya (lihat. optik bukan linear) . Dalam beberapa bahan, P. berubah di bawah pengaruh pengaruh luar. elektrik bidang ( Kesan Kerr

- dalam cecair dan gas; elektro-optik Kesan pockels- dalam kristal).

Untuk medium tertentu, jalur serapan bergantung pada panjang gelombang cahaya l, dan di kawasan jalur serapan pergantungan ini adalah anomali (lihat Rajah. Penyerakan cahaya ).Dalam X-ray. rantau, faktor kuasa untuk hampir semua media adalah hampir 1, di rantau yang boleh dilihat untuk cecair dan pepejal adalah kira-kira 1.5; di rantau IR untuk beberapa media lutsinar 4.0 (untuk Ge).,

Lit.:

Landsberg G.S., Optik, ed. ke-5, M., 1976; Sivukhin D.V., Kursus am, ed. ke-2, [jld. 4] - Optik, M., 1985. V.

I. Malyshev

Kerja makmal Pembiasan cahaya. Mengukur indeks biasan cecair

menggunakan refraktometer Tujuan kerja

: mendalami pemahaman tentang fenomena biasan cahaya; kajian kaedah untuk mengukur indeks biasan media cecair; mengkaji prinsip bekerja dengan refraktometer.

peralatan

: refraktometer, larutan natrium klorida, pipet, kain lembut untuk mengelap bahagian optik instrumen. Teori

Hukum pantulan dan pembiasan cahaya. Indeks biasan.

Pada antara muka antara media, cahaya mengubah arah penyebarannya. Sebahagian daripada tenaga cahaya kembali ke medium pertama, i.e. cahaya dipantulkan. Jika medium kedua adalah telus, maka sebahagian daripada cahaya, dalam keadaan tertentu, melalui antara muka antara media, biasanya mengubah arah penyebaran. Fenomena ini dipanggil pembiasan cahaya

(Gamb. 1). Sinar pantulan terletak pada satah yang sama dengan sinar tuju dan normal dikembalikan kepada satah pemisahan media pada titik kejadian. Sudut tuju adalah sama dengan sudut pantulan .

Hukum biasan cahaya. Sinar terbias terletak pada satah yang sama dengan sinar tuju dan normal dikembalikan kepada satah pemisahan media pada titik kejadian. Nisbah sinus kejadian α kepada sinus sudut biasan β terdapat nilai tetap untuk kedua-dua media ini, yang dipanggil indeks biasan relatif bagi medium kedua berbanding dengan yang pertama:

Indeks biasan relatif dua media adalah sama dengan nisbah kelajuan cahaya dalam medium pertama v1 kepada kelajuan cahaya dalam medium kedua v2:

Jika cahaya datang dari vakum ke dalam medium, maka indeks biasan medium relatif kepada vakum dipanggil indeks biasan mutlak medium ini dan sama dengan nisbah kelajuan cahaya dalam vakum. Dengan kepada kelajuan cahaya dalam medium tertentu:

Indeks biasan mutlak sentiasa lebih besar daripada perpaduan; untuk udara n diambil sebagai satu.

Indeks biasan relatif dua media boleh dinyatakan dari segi indeks mutlaknya n 1 Dan n 2 :

Penentuan indeks biasan cecair

Untuk menentukan indeks biasan cecair dengan cepat dan mudah, terdapat alat optik khas - refraktometer, bahagian utamanya ialah dua prisma (Rajah 2): tambahan Ave. 1 dan mengukur Pr.2. Cecair yang hendak diuji dituangkan ke dalam celah antara prisma.

Semasa mengukur penunjuk, dua kaedah boleh digunakan: kaedah ragut ragut (untuk cecair lutsinar) dan kaedah pantulan dalaman total (untuk larutan gelap, keruh dan berwarna). Dalam kerja ini, yang pertama daripada mereka digunakan.

Dalam kaedah ragut ragut, cahaya dari sumber luaran melalui muka AB prisma Projek 1, meresap pada permukaan mattenya AC dan kemudian menembusi lapisan cecair ujian ke dalam prisma Pr.2. Permukaan matte menjadi sumber sinaran ke semua arah, jadi ia boleh diperhatikan melalui tepi EF prisma Pr.2. Walau bagaimanapun, tepi AC boleh dilihat melalui EF hanya pada sudut yang lebih besar daripada sudut minimum tertentu i. Magnitud sudut ini secara unik berkaitan dengan indeks biasan cecair yang terletak di antara prisma, yang merupakan idea utama di sebalik reka bentuk refraktometer.

Pertimbangkan laluan cahaya melalui muka EF prisma pengukur yang lebih rendah Pr.2. Seperti yang dapat dilihat dari Rajah. 2, menggunakan undang-undang biasan cahaya dua kali, kita boleh mendapatkan dua hubungan:

Menyelesaikan sistem persamaan ini, adalah mudah untuk membuat kesimpulan bahawa indeks biasan cecair

bergantung kepada empat kuantiti: Q, r, r 1 Dan i. Namun, tidak semuanya berdikari. Jadi, sebagai contoh,

r+ s= R , (4)

di mana R - sudut biasan prisma Projek 2. Selain itu, dengan menetapkan sudut Q nilai maksimum ialah 90°, daripada persamaan (1) kita perolehi:

Tetapi nilai sudut maksimum r , seperti yang dapat dilihat daripada Rajah. 2 dan hubungan (3) dan (4), nilai sudut minimum sepadan i Dan r 1 , mereka. i min Dan r min .

Oleh itu, indeks biasan cecair untuk kes sinar "meragut" dikaitkan hanya dengan sudut i. Dalam kes ini, terdapat nilai sudut minimum i, apabila tepi AC masih diperhatikan, iaitu dalam bidang pandangan kelihatan putih cermin. Untuk sudut tontonan yang lebih kecil, tepi tidak kelihatan dan dalam medan pandangan tempat ini kelihatan hitam. Oleh kerana teleskop peranti menangkap zon sudut yang agak luas, kawasan cahaya dan hitam secara serentak diperhatikan dalam bidang pandangan, sempadan antara yang sepadan dengan sudut cerapan minimum dan secara unik berkaitan dengan indeks biasan cecair. Menggunakan formula pengiraan akhir:

(kesimpulannya ditinggalkan) dan beberapa cecair dengan indeks biasan yang diketahui, anda boleh menentukur peranti, iaitu, mewujudkan korespondensi unik antara indeks biasan cecair dan sudut i min . Semua formula yang diberikan diterbitkan untuk sinar satu panjang gelombang tertentu.

Cahaya dengan panjang gelombang yang berbeza akan dibiaskan dengan mengambil kira serakan prisma. Oleh itu, apabila prisma diterangi dengan cahaya putih, antara muka akan menjadi kabur dan berwarna dalam warna yang berbeza disebabkan oleh penyebaran. Oleh itu, setiap refraktometer mempunyai pemampas yang menghapuskan hasil penyebaran. Ia mungkin terdiri daripada satu atau dua prisma penglihatan langsung - prisma Amici. Setiap prisma Amici terdiri daripada tiga prisma kaca dengan indeks biasan yang berbeza dan serakan yang berbeza, contohnya, prisma luar diperbuat daripada kaca mahkota, dan yang tengah diperbuat daripada kaca batu (kaca mahkota dan kaca batu adalah jenis kaca). Dengan memutarkan prisma pemampas menggunakan peranti khas, imej antara muka yang tajam dan tidak berwarna dicapai, kedudukannya sepadan dengan nilai indeks biasan untuk garis natrium kuning λ =5893 Å (prisma direka bentuk supaya sinar dengan panjang gelombang 5893 Å tidak mengalami pesongan).

Sinaran yang melalui pemampas memasuki kanta teleskop, kemudian melalui prisma undur melalui kanta mata teleskop ke dalam mata pemerhati. Laluan skematik sinar ditunjukkan dalam Rajah. 3.

Skala refraktometer ditentukur dalam nilai indeks biasan dan kepekatan larutan sukrosa dalam air dan terletak pada satah fokus kanta mata.

Bahagian eksperimen

Tugasan 1. Memeriksa refraktometer.

Arahkan cahaya menggunakan cermin ke prisma bantu refraktometer. Dengan prisma bantu dinaikkan, pipet beberapa titis air suling ke atas prisma penyukat. Dengan merendahkan prisma bantu, capai pencahayaan terbaik bidang pandangan dan tetapkan kanta mata supaya bulu silang dan skala indeks biasan kelihatan jelas. Dengan memutarkan kamera prisma pengukur, anda mendapat sempadan cahaya dan bayang dalam medan pandangan. Putar kepala pemampas sehingga warna sempadan antara cahaya dan bayang dihapuskan. Jajarkan sempadan cahaya dan bayang dengan titik silang dan ukur indeks biasan air n berubah . Jika refraktometer berfungsi dengan betul, maka untuk air suling nilainya sepatutnya n 0 = 1.333, jika bacaan berbeza daripada nilai ini, pindaan mesti ditentukan Δn= n berubah - 1.333, yang kemudiannya perlu diambil kira apabila bekerja selanjutnya dengan refraktometer. Sila buat pembetulan pada Jadual 1.

Jadual 1.

	n 0	n berubah	Δ n
N 2 TENTANG

Tugasan 2. Penentuan indeks biasan cecair.

Tentukan indeks biasan bagi larutan kepekatan yang diketahui, dengan mengambil kira pembetulan yang ditemui.

Jadual 2.

C, jld. %	n berubah	n ist

Plotkan graf pergantungan indeks biasan larutan garam meja pada kepekatan berdasarkan keputusan yang diperoleh. Buat kesimpulan tentang pergantungan n pada C; membuat kesimpulan tentang ketepatan ukuran menggunakan refraktometer.

Ambil larutan garam yang tidak diketahui kepekatannya DENGAN x , tentukan indeks biasannya dan gunakan graf untuk mencari kepekatan larutan.

Bersihkan kawasan kerja dan lap prisma refraktometer dengan teliti dengan kain bersih yang lembap.

Soalan keselamatan

Pantulan dan pembiasan cahaya.

Indeks biasan mutlak dan relatif bagi medium.

Prinsip operasi refraktometer. Kaedah rasuk gelongsor.

Laluan skematik sinar dalam prisma. Mengapakah prisma pemampas diperlukan?

Penyebaran, pantulan dan pembiasan cahaya

Sifat cahaya adalah elektromagnet. Satu bukti tentang ini ialah kebetulan kelajuan gelombang elektromagnet dan cahaya dalam vakum.

Dalam medium homogen, cahaya bergerak dalam garis lurus. Pernyataan ini dipanggil undang-undang perambatan rectilinear cahaya. Bukti eksperimen undang-undang ini ialah bayang-bayang tajam yang dihasilkan oleh sumber cahaya titik.

Garis geometri yang menunjukkan arah perambatan cahaya dipanggil sinar cahaya. Dalam medium isotropik, sinar cahaya diarahkan berserenjang dengan hadapan gelombang.

Lokasi geometri titik dalam medium berayun dalam fasa yang sama dipanggil permukaan gelombang, dan set titik yang ayunan telah mencapai pada titik masa tertentu dipanggil hadapan gelombang. Bergantung pada jenis hadapan gelombang, satah dan gelombang sfera dibezakan.

Untuk menerangkan proses perambatan cahaya, prinsip umum teori gelombang tentang pergerakan hadapan gelombang di angkasa, yang dicadangkan oleh ahli fizik Belanda H. Huygens, digunakan. Menurut prinsip Huygens, setiap titik dalam medium yang dicapai oleh pengujaan cahaya adalah pusat gelombang sekunder sfera, yang juga merambat pada kelajuan cahaya. Permukaan yang mengelilingi bahagian hadapan gelombang sekunder ini memberikan kedudukan hadapan gelombang yang sebenarnya merambat pada masa itu.

Ia adalah perlu untuk membezakan antara pancaran cahaya dan sinaran cahaya. Rasuk cahaya adalah sebahagian daripada gelombang cahaya yang membawa tenaga cahaya ke arah tertentu. Apabila menggantikan pancaran cahaya dengan pancaran cahaya yang menerangkannya, yang terakhir mesti diambil bertepatan dengan paksi cahaya yang cukup sempit, tetapi pada masa yang sama mempunyai lebar terhingga (dimensi keratan rentas jauh lebih besar daripada panjang gelombang) cahaya rasuk.

Terdapat pancaran cahaya mencapah, menumpu dan separa-selari. Istilah pancaran sinar cahaya atau ringkasnya sinar cahaya sering digunakan, bermakna satu set sinar cahaya yang menggambarkan pancaran cahaya sebenar.

Kelajuan cahaya dalam vakum c = 3 108 m/s ialah pemalar universal dan tidak bergantung pada frekuensi. Buat pertama kalinya, kelajuan cahaya ditentukan secara eksperimen dengan kaedah astronomi oleh saintis Denmark O. Roemer. Lebih tepat lagi, kelajuan cahaya diukur oleh A. Michelson.

Dalam jirim kelajuan cahaya adalah kurang daripada dalam vakum. Nisbah kelajuan cahaya dalam vakum kepada kelajuan dalam medium tertentu dipanggil indeks biasan mutlak medium:

di mana c ialah kelajuan cahaya dalam vakum, v ialah kelajuan cahaya dalam medium tertentu. Indeks biasan mutlak semua bahan adalah lebih besar daripada kesatuan.

Apabila cahaya merambat melalui medium, ia diserap dan tersebar, dan pada antara muka antara media ia dipantulkan dan dibiaskan.

Undang-undang pantulan cahaya: rasuk kejadian, rasuk pantulan dan serenjang dengan antara muka antara dua media, dipulihkan pada titik kejadian rasuk, terletak pada satah yang sama; sudut pantulan g adalah sama dengan sudut tuju a (Rajah 1). Undang-undang ini bertepatan dengan undang-undang pantulan untuk gelombang apa-apa sifat dan boleh diperolehi sebagai akibat daripada prinsip Huygens.

Hukum pembiasan cahaya: sinar tuju, sinar terbias dan serenjang dengan antara muka antara dua media, dipulihkan pada titik tuju sinar, terletak pada satah yang sama; nisbah sinus sudut tuju kepada sinus sudut biasan untuk frekuensi cahaya tertentu ialah nilai malar yang dipanggil indeks biasan relatif medium kedua berbanding yang pertama:

Undang-undang biasan cahaya yang ditubuhkan secara eksperimen dijelaskan berdasarkan prinsip Huygens. Menurut konsep gelombang, pembiasan adalah akibat daripada perubahan dalam kelajuan perambatan gelombang apabila melalui satu medium ke medium lain, dan makna fizikal indeks biasan relatif ialah nisbah kelajuan perambatan gelombang dalam medium pertama v1 hingga kelajuan pembiakan mereka dalam medium kedua

Bagi media dengan indeks biasan mutlak n1 dan n2, indeks biasan relatif medium kedua berbanding yang pertama adalah sama dengan nisbah indeks biasan mutlak medium kedua kepada indeks biasan mutlak medium pertama:

Medium yang mempunyai indeks biasan yang lebih tinggi dipanggil secara optik lebih tumpat; kelajuan perambatan cahaya di dalamnya adalah lebih rendah. Jika cahaya melewati dari medium optik yang lebih tumpat ke optik kurang tumpat, maka pada sudut tuju tertentu a0 sudut biasan harus menjadi sama dengan p/2. Keamatan rasuk terbias dalam kes ini menjadi sama dengan sifar. Cahaya yang jatuh pada antara muka antara dua media dipantulkan sepenuhnya daripadanya.

Sudut tuju a0 di mana jumlah pantulan dalaman cahaya berlaku dipanggil sudut mengehadkan jumlah pantulan dalam. Pada semua sudut tuju yang sama dengan dan lebih besar daripada a0, jumlah pantulan cahaya berlaku.

Nilai sudut pengehad didapati daripada hubungan Jika n2 = 1 (vakum), maka

2 Indeks biasan bahan ialah nilai yang sama dengan nisbah kelajuan fasa cahaya (gelombang elektromagnet) dalam vakum dan dalam medium tertentu. Mereka juga bercakap tentang indeks biasan untuk sebarang gelombang lain, sebagai contoh, bunyi

Indeks biasan bergantung pada sifat bahan dan panjang gelombang sinaran bagi sesetengah bahan, indeks biasan berubah dengan agak kuat apabila frekuensi gelombang elektromagnet berubah daripada frekuensi rendah kepada optik dan seterusnya, dan juga boleh berubah dengan lebih mendadak dalam; kawasan tertentu skala kekerapan. Lalai biasanya merujuk kepada julat optik atau julat yang ditentukan oleh konteks.

Terdapat bahan anisotropik optik di mana indeks biasannya bergantung pada arah dan polarisasi cahaya. Bahan sedemikian agak biasa, khususnya, ini semua adalah kristal dengan simetri yang agak rendah bagi kekisi kristal, serta bahan yang mengalami ubah bentuk mekanikal.

Indeks biasan boleh dinyatakan sebagai punca hasil darab pemalar magnet dan dielektrik medium

(perlu diambil kira bahawa nilai kebolehtelapan magnetik dan pemalar dielektrik mutlak untuk julat frekuensi yang diminati - sebagai contoh, optik - boleh sangat berbeza daripada nilai statik nilai ini).

Untuk mengukur indeks biasan, refraktometer manual dan automatik digunakan. Apabila refraktometer digunakan untuk menentukan kepekatan gula dalam larutan akueus, peranti itu dipanggil sakarimeter.

Nisbah sinus sudut tuju () rasuk kepada sinus sudut biasan () apabila rasuk melepasi dari sederhana A ke sederhana B dipanggil indeks biasan relatif untuk pasangan media ini.

Kuantiti n ialah indeks biasan relatif bagi medium B berhubung dengan medium A, аn" = 1/n ialah indeks biasan relatif bagi medium A berhubung dengan medium B.

Nilai ini, perkara lain yang sama, biasanya kurang daripada kesatuan apabila rasuk melepasi dari medium yang lebih tumpat ke medium yang kurang tumpat, dan lebih daripada perpaduan apabila rasuk melewati dari medium kurang tumpat ke medium lebih tumpat (contohnya, dari gas atau daripada vakum kepada cecair atau pepejal ). Terdapat pengecualian kepada peraturan ini, dan oleh itu adalah lazim untuk memanggil medium secara optik lebih atau kurang tumpat daripada yang lain (jangan dikelirukan dengan ketumpatan optik sebagai ukuran kelegapan medium).

Sinar yang jatuh dari ruang tanpa udara ke permukaan beberapa medium B dibiaskan dengan lebih kuat daripada apabila jatuh ke atasnya dari medium A yang lain; Indeks biasan bagi kejadian sinar pada medium dari ruang tanpa udara dipanggil indeks biasan mutlaknya atau ringkasnya indeks biasan bagi medium tertentu ini ialah indeks biasan, yang definisinya diberikan pada permulaan artikel. Indeks biasan mana-mana gas, termasuk udara, dalam keadaan normal adalah lebih rendah daripada indeks biasan cecair atau pepejal, oleh itu, kira-kira (dan dengan ketepatan yang agak baik) indeks biasan mutlak boleh dinilai oleh indeks biasan berbanding udara.

nasi. 3. Prinsip pengendalian refraktometer gangguan. Rasuk cahaya dibahagikan supaya dua bahagiannya melalui kuvet panjang l yang diisi dengan bahan dengan indeks biasan yang berbeza. Di pintu keluar dari kuvet, sinar memperoleh perbezaan laluan tertentu dan, disatukan, memberikan pada skrin gambar gangguan maksima dan minima dengan perintah k (ditunjukkan secara skematik di sebelah kanan). Perbezaan indeks biasan Dn=n2 –n1 =kl/2, dengan l ialah panjang gelombang cahaya.

Refractometer ialah alat yang digunakan untuk mengukur indeks biasan bahan. Prinsip operasi refraktometer adalah berdasarkan fenomena pantulan total. Jika pancaran cahaya bertaburan jatuh pada antara muka antara dua media dengan indeks biasan dan, dari medium yang lebih tumpat optik, maka, bermula dari sudut tuju tertentu, sinar tidak memasuki medium kedua, tetapi dipantulkan sepenuhnya dari antara muka dalam medium pertama. Sudut ini dipanggil sudut pengehad jumlah pantulan. Rajah 1 menunjukkan kelakuan sinar apabila jatuh ke dalam arus tertentu permukaan ini. Rasuk datang pada sudut yang melampau. Daripada hukum biasan kita boleh menentukan: , (sejak).

Magnitud sudut pengehad bergantung kepada indeks biasan relatif kedua-dua media. Jika sinar yang dipantulkan dari permukaan diarahkan ke kanta pengumpul, maka dalam satah fokus kanta anda boleh melihat sempadan cahaya dan penumbra, dan kedudukan sempadan ini bergantung pada nilai sudut pengehad, dan oleh itu pada indeks biasan. Perubahan dalam indeks biasan salah satu media memerlukan perubahan dalam kedudukan antara muka. Antara muka antara cahaya dan bayang-bayang boleh berfungsi sebagai penunjuk apabila menentukan indeks biasan, iaitu apa yang digunakan dalam refraktometer.

Kaedah penentuan indeks biasan ini dipanggil kaedah pantulan total

Sebagai tambahan kepada kaedah pantulan total, refraktometer menggunakan kaedah ragut ragut.

Laluan sinar dalam prisma segi tiga

Rajah 9 menunjukkan keratan rentas prisma kaca dengan satah berserenjang dengan tepi sisinya. Rasuk dalam prisma itu dipesongkan ke arah tapak, membias pada tepi OA dan 0B. Sudut j antara muka ini dipanggil sudut biasan prisma. Sudut pesongan rasuk bergantung kepada sudut biasan prisma, indeks biasan n bahan prisma dan sudut tuju. Ia boleh dikira menggunakan hukum biasan (1.4).

Refractometer menggunakan sumber cahaya putih 3. Disebabkan oleh penyebaran, apabila cahaya melalui prisma 1 dan 2, sempadan antara cahaya dan bayang-bayang ternyata berwarna. Untuk mengelakkan ini, pemampas 4 diletakkan di hadapan kanta teleskop Ia terdiri daripada dua prisma yang sama, setiap satunya dilekatkan daripada tiga prisma dengan indeks biasan yang berbeza. Prisma dipilih supaya rasuk monokromatik dengan panjang gelombang

= 589.3 µm.

(panjang gelombang garis kuning natrium) tidak diuji selepas melepasi pemampas pesongan. Sinar dengan panjang gelombang lain dipesongkan oleh prisma dalam arah yang berbeza. Dengan menggerakkan prisma pemampas menggunakan pemegang khas, kami memastikan bahawa sempadan antara cahaya dan kegelapan menjadi sejelas mungkin.

Sinaran cahaya, setelah melepasi pemampas, memasuki kanta 6 teleskop. Imej antara muka bayang-cahaya dilihat melalui kanta mata 7 teleskop. Pada masa yang sama, skala 8 dilihat melalui kanta mata Memandangkan sudut pengehadan biasan dan sudut pengehadan jumlah pantulan bergantung pada indeks biasan cecair, nilai indeks biasan ini ditandakan dengan serta-merta pada skala refraktometer. .

Sistem optik refraktometer juga mengandungi prisma berputar 5. Ia membolehkan anda meletakkan paksi teleskop berserenjang dengan prisma 1 dan 2, yang menjadikan pemerhatian lebih mudah. Indeks biasan

Pautan

Pangkalan data indeks biasan RefractiveIndex.INFO

Yayasan Wikimedia.

2010.

Lihat apa "Indeks biasan" dalam kamus lain: Relatif dua media n21, nisbah tak berdimensi bagi kelajuan perambatan sinaran optik (c veta) dalam media pertama (c1) dan kedua (c2): n21 = c1/c2. Pada masa yang sama ia berkaitan. P. p. ialah nisbah sinus bagi g l a p a d e n i j dan y g l ... ...

Ensiklopedia fizikal

Lihat Indeks Biasan... Lihat indeks biasan. * * * INDEKS BIAS, lihat Indeks Biasan (lihat INDEKS BIAS) ... Kamus Ensiklopedia - INDEKS BISNIS, kuantiti yang mencirikan medium dan sama dengan nisbah kelajuan cahaya dalam vakum kepada kelajuan cahaya dalam medium (indeks biasan mutlak). Indeks biasan n bergantung kepada dielektrik e dan kebolehtelapan magnet m... ...

Kamus Ensiklopedia Bergambar Relatif dua media n21, nisbah tak berdimensi bagi kelajuan perambatan sinaran optik (c veta) dalam media pertama (c1) dan kedua (c2): n21 = c1/c2. Pada masa yang sama ia berkaitan. P. p. ialah nisbah sinus bagi g l a p a d e n i j dan y g l ... ...

- (lihat INDEKS BISNIS). Kamus ensiklopedia fizikal. M.: Ensiklopedia Soviet. Ketua Pengarang A. M. Prokhorov. 1983 ... Lihat indeks biasan...

Ensiklopedia Soviet yang Hebat Nisbah kelajuan cahaya dalam vakum kepada kelajuan cahaya dalam medium (indeks biasan mutlak). Indeks biasan relatif 2 media ialah nisbah kelajuan cahaya dalam medium dari mana cahaya jatuh pada antara muka kepada kelajuan cahaya dalam detik... ...

Kamus Ensiklopedia Besar

Optik adalah salah satu cabang fizik lama. Sejak zaman Yunani purba, ramai ahli falsafah berminat dengan undang-undang pergerakan dan penyebaran cahaya dalam pelbagai bahan lutsinar, seperti air, kaca, berlian dan udara. Artikel ini mengkaji fenomena pembiasan cahaya, memfokuskan pada indeks biasan udara.

Kesan pembiasan pancaran cahaya

Fenomena pembiasan terdiri daripada pemecahan dalam laluan lurusnya apabila ia bersilang antara muka dua bahan lutsinar. Merumuskan sejumlah besar data eksperimen, pada awal abad ke-17, orang Belanda Willebrord Snell memperoleh ungkapan matematik yang menggambarkan fenomena ini dengan tepat. Ungkapan ini biasanya ditulis dalam bentuk berikut:

n 1 *sin(θ 1) = n 2 *sin(θ 2) = const.

Di sini n 1, n 2 ialah indeks biasan mutlak cahaya dalam bahan yang sepadan, θ 1 dan θ 2 ialah sudut antara kejadian dan sinar terbias dan berserenjang dengan satah antara muka, yang dilukis melalui titik persilangan sinar. dan pesawat ini.

Formula ini dipanggil undang-undang Snell atau Snell-Descartes (orang Perancis yang menulisnya dalam bentuk yang dibentangkan, manakala orang Belanda menggunakan unit panjang dan bukannya sinus).

Sebagai tambahan kepada formula ini, fenomena pembiasan diterangkan oleh undang-undang lain, yang bersifat geometri. Ia terdiri daripada fakta bahawa tanda berserenjang dengan satah dan dua sinar (dibiaskan dan kejadian) terletak pada satah yang sama.

Indeks biasan mutlak

Kuantiti ini termasuk dalam formula Snell, dan nilainya memainkan peranan penting. Secara matematik, indeks biasan n sepadan dengan formula:

Simbol c ialah kelajuan gelombang elektromagnet dalam vakum. Ia adalah lebih kurang 3*10 8 m/s. Nilai v ialah kelajuan cahaya yang bergerak melalui medium. Oleh itu, indeks biasan mencerminkan jumlah keterlambatan cahaya dalam medium berbanding dengan ruang tanpa udara.

Dua kesimpulan penting berikut dari formula di atas:

nilai n sentiasa lebih besar daripada 1 (untuk vakum ia sama dengan perpaduan);
ia adalah kuantiti tanpa dimensi.

Sebagai contoh, indeks biasan udara ialah 1.00029, manakala bagi air ialah 1.33.

Indeks biasan bukan nilai tetap untuk medium tertentu. Ia bergantung kepada suhu. Selain itu, bagi setiap frekuensi gelombang elektromagnet ia mempunyai makna tersendiri. Oleh itu, angka di atas sepadan dengan suhu 20 o C dan bahagian kuning spektrum yang kelihatan (panjang gelombang - kira-kira 580-590 nm).

Kebergantungan n pada frekuensi cahaya ditunjukkan dalam penguraian cahaya putih oleh prisma kepada beberapa warna, serta dalam pembentukan pelangi di langit semasa hujan lebat.

Indeks biasan cahaya dalam udara

Nilainya telah diberikan di atas (1.00029). Oleh kerana indeks biasan udara hanya berbeza di tempat perpuluhan keempat dari sifar, untuk menyelesaikan masalah praktikal ia boleh dianggap sama dengan satu. Sedikit perbezaan antara n untuk udara dan kesatuan menunjukkan bahawa cahaya boleh dikatakan tidak diperlahankan oleh molekul udara, yang disebabkan oleh ketumpatannya yang agak rendah. Oleh itu, ketumpatan purata udara ialah 1.225 kg/m 3, iaitu lebih daripada 800 kali lebih ringan daripada air tawar.

Udara adalah medium optik yang lemah. Proses memperlahankan kelajuan cahaya dalam bahan adalah bersifat kuantum dan dikaitkan dengan tindakan penyerapan dan pelepasan foton oleh atom bahan tersebut.

Perubahan dalam komposisi udara (contohnya, peningkatan kandungan wap air di dalamnya) dan perubahan suhu membawa kepada perubahan ketara dalam indeks biasan. Contoh yang menarik ialah kesan fatamorgana di padang pasir, yang berlaku disebabkan oleh perbezaan indeks biasan lapisan udara dengan suhu yang berbeza.

Antara muka kaca-udara

Kaca adalah medium yang jauh lebih tumpat daripada udara. Indeks biasan mutlaknya berjulat dari 1.5 hingga 1.66, bergantung pada jenis kaca. Jika kita mengambil nilai purata 1.55, maka pembiasan rasuk pada antara muka kaca udara boleh dikira menggunakan formula:

sin(θ 1)/sin(θ 2) = n 2 /n 1 = n 21 = 1.55.

Nilai n 21 dipanggil indeks biasan relatif udara - kaca. Jika rasuk keluar dari kaca ke udara, maka formula berikut harus digunakan:

sin(θ 1)/sin(θ 2) = n 2 /n 1 = n 21 = 1/1.55 = 0.645.

Jika sudut sinar terbias dalam kes kedua adalah sama dengan 90 o, maka yang sepadan dipanggil kritikal. Untuk sempadan kaca-udara ia adalah sama dengan:

θ 1 = arcsin(0.645) = 40.17 o.

Jika rasuk jatuh pada sempadan kaca-udara dengan sudut yang lebih besar daripada 40.17 o, maka ia akan dipantulkan sepenuhnya kembali ke dalam kaca. Fenomena ini dipanggil "total pantulan dalaman".

Sudut genting wujud hanya apabila rasuk bergerak dari medium tumpat (dari kaca ke udara, tetapi bukan sebaliknya).