Показатель преломления: что это такое, формулы, таблица. От чего зависит показатель преломления

Угол, образованный радиусом преломления и углом, перпендикулярным к делению двух сред, восходящим к точке радиуса, называется углом преломления.

Преломление света.

Используются кодифицированные темы: законы преломления света, весь внутренний отзыв.

На границе раздела двух прозрачных сред происходит преломление света и отражение — преломление света, который переходит в другую среду и меняет направление своего распространения.

Преломление луча света происходит, когда он падает под углом к интерпретации (не всегда — читайте больше о полном внутреннем отражении). Если луч падает перпендикулярно поверхности, преломления не происходит — во второй среде луч сохраняет свое направление и перпендикулярен поверхности.

Закон преломления (частный случай).

Начните с особого случая, когда одной из сред является воздух. Такова ситуация для большинства проблем. Описывается соответствующий частный случай закона преломления и дается его общая формулировка.

Предположим, что луч света из воздуха падает на поверхность стекла, воды или другой прозрачной среды. Пересекая его по центру, луч преломляется, и его дальнейший ход показан на рисунке 1.

Рис. 1. Преломление луча на границе «воздух–среда»

При скорости падения, перпендикулярной (или, как говорят, нормальной) к поверхности среды, вписывается. Радиус, как и раньше, называется радиусом падения, а угол между радиусом падения и нормалью — углом падения. Радиус — это радиус преломления. Угол между радиусом преломления и нормалью к поверхности называется углом преломления.

Каждая прозрачная среда характеризуется своим размером, называемым показателем преломления среды. Показатели преломления для различных сред приведены в таблице. Например, для стекла и для воды. В общем, для всех сред показатель преломления равен единице только в вакууме. Поэтому воздух, с достаточной точностью, может быть затронут проблемой (по зрению воздух мало чем отличается от вакуума).

Законы преломления (переходы в воздухе).

1) Падающий луч, преломленный луч и луч, перпендикулярный к поверхности, вписанной в точку падения, находятся на одном уровне. (2) Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно показателю преломления среды.

Соотношение (1) указывает, другими словами, что угол преломления меньше угла падения. Помните: по мере удаления от воздуха к центру радиус после преломления приближается к нормальному.

Показатель преломления напрямую связан со скоростью распространения света в среде. Она всегда меньше скорости света в вакууме:. И это так.

выяснить, почему это происходит, изучая волновую перспективу. Давайте теперь объединим типы. (1) и (2):.

Поскольку показатель преломления воздуха очень близок к единице, можно предположить, что скорость света в воздухе примерно равна скорости света в вакууме. Принимая это во внимание, изучите прессу. (3), вывод: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скорости света в воздухе к скорости света в центре.

Обратимость световых лучей.

Теперь посмотрите на обратный ход пучка. Давайте посмотрим на преломление при переходе изнутри в воздух. Здесь может помочь следующий полезный старт.

Принцип обратимости световых лучей. Траектория луча не зависит от того, движется ли луч вперед или назад. При движении в обратном направлении луч проходит точно такой же путь, как и вперед.

Согласно принципу обратимости, переход от среды к воздуху происходит по той же траектории, что и соответствующий переход от воздуха к центру (рис. 2).

Рис. 2. Преломление луча на границе «среда–воздух»

Геометрическое изображение остается неизменным. Тип (1): отношение угла к половине угла также равно показателю преломления среды. Однако угол изменил свою роль. Угол стал углом падения, а угол стал углом преломления.

В любом случае, независимо от того, как луч перемещается из воздуха в промежуточную или среднюю среду, действуют следующие простые правила. Возьмите два угла — угол падения и угол преломления. Отношение синуса большего угла к синусу большего угла равно показателю преломления среды. Теперь мы готовы обсудить закон преломления в наиболее распространенных случаях.

Вы можете легко заметить феномен идеального внутреннего отражения в вашем доме. Налейте воду в стакан, поднимите его и посмотрите на поверхность воды снизу через стенку стакана. Вы увидите серебристый блеск на поверхности — это потому, что все внутреннее отражение ведет себя как зеркало.

Закон преломления Снеллиуса

Закон преломления Снеллиуса гласит, что луч света преломляется, когда он попадает в среду с различной визуальной плотностью. Преломление вызывается изменением фазовой скорости материала и входит в закон преломления как показатель преломления. Закон преломления — это зависимость между углами θ1 и угол отражения i2 преломленного света.

n1 * sin i1 = n2 * sin i2

В этом типе n1 и п2 показатели преломления двух сред.

Законы преломления

Рисунок 2. Преломление или отражение, в зависимости от показателя преломления границы раздела двух сред с разными показателями преломления.

Вещества с показателем преломления

Визуальная плотность вакуума определяется как 1. Прозрачные или слегка поглощающие материалы имеют показатель преломления выше 1 в видимом спектре. Для проводящих и сильно поглощающих сред преобладают другие физические свойства. Их показатели преломления находятся в диапазоне от 0 до 1, но эти значения следует интерпретировать по-разному. В этих смыслах комплексные показатели преломления управляются большой частью.

Кроме того, каждая культура имеет диапазон длин волн, где действительная часть показателя преломления меньше 1, но все равно положительна. Здесь визуальная плотность при малых длинах волн всегда меньше единицы и приближается к одному из следующих значений по мере уменьшения длины волны.

Показатель преломления воздуха

Значения показателя преломления воздуха приведены в таблице 1 ниже. Он зависит от состава воздуха, а также от его плотности и температуры. В частности, влажность оказывает значительное влияние на показатель преломления. В соответствии с типом высоты атмосферного давления, давление воздуха экспоненциально уменьшается с высотой. На высоте 8 км показатель преломления воздуха составляет всего 1,00011.

Показатель преломления воды

Для показателя преломления воды действуют те же принципы, что и для воздуха. Чем больше глубина, тем выше давление и температура, тем больше это влияет на преломление света. Однако в этом можно легко убедиться, наполнив холодную воду теплой. Видно, что горячая вода менее прозрачна, чем холодная. Поэтому визуальная плотность выше при более теплой воде.

Таблица показателей преломления

В следующей таблице приведен обзор некоторых наиболее важных показателей рефракции.

Среда Показатель преломления
Воздух 1,000292
Вода (жидкость, 20°C) 1,3330
Стекло 1.45 – 2.14
Этанол 1,3614

Таблица 1. Показатели преломления для некоторых сред

Комплексный показатель преломления

Рассматривая электромагнитные волны и изучая их поглощение в среде, можно также объединить классический показатель преломления и волновое возмущение с комплексным показателем преломления. Существуют различные и эквивалентные выражения для этого:

  • Сумма действительной части с мнимой частью комплексного числа: n = nr + i * nI , где i – мнимая единица
  • Разница между действительной и мнимой частями комплексного числа: n = nr – i*k
  • Произведение действительного показателя преломления на комплексное число: n = n * ( 1 – i * k) .

Символ минус, используемый в некоторых выражениях, гарантирует, что замечательная часть принимает положительный знак в случае абсорбирующих сред. Эта замечательная часть называется коэффициентом дубления молекулы. Переменная k называется коэффициентом поглощения. Это замечательная часть, деленная на показатель преломления n.

Как фактическая, так и чудесная часть визуальной плотности зависит от частоты.

n = sin a/sin b = const или отношение скорости света в вакууме к скорости света в определенной прозрачной среде: n = c/nl из вакуума в данную прозрачную среду.

Два показателя процесса преломления

Рассмотрим это соотношение, введя определенные символы.

Пусть A — угол падения, B — угол преломления, и тогда

Если свет проходит через вакуум (воздух), коэффициент называется естественным SAR. Для большинства веществ его цена колеблется между 1 и 2. Показатель преломления.

Редко превышает два. Алмаз 2.42. Если световой луч (поток) проходит через два усреднения разной плотности, то используется соответствующий индекс PS (обозначается латинской буквой n). Этот коэффициент рассчитывается как коэффициент деления абсолютного показателя двух сред. Например, отношение воды к воздуху составляет 1,33 — отношение стекла к воздуху составляет 1,52. Соотношение стакана и воды составляет 1,52/1,33 = 1,14.

Другой пример — значение стеклянного индекса для алкоголя 1,1.

От чего зависит показатель ПС

Некоторые свойства каждой среды влияют на значение показателя преломления. Рассмотрим основной фактор, влияющий на изменение показателя преломления: плотность среды (или вещества). Чем плотнее среда, тем меньше скорость света в ней, и чем ниже температура среды (или тела), тем ниже показатель преломления. При повышении температуры индекс — длина волны света — уменьшается. Чем короче длина волны, тем больше индекс SAR, поэтому фиолетовый луч находится в спектре длиннее, чем в случае красного. Различные добавки могут изменять показатель преломления в определенном направлении. Например, SIO2 уменьшает ИТ, а такие добавки, как PBO, BAO, CAO и ZNO, увеличивают его.

Определение преломления света

Методы определения показателя преломления стекла

Цены коэффициента преломления, приведенные в таблице, могут не учитывать все тонкие оттенки конкретного средства. Там, где требуются очень точные значения, показатели преломления измеряются различными способами.

Существуют очень простые методы, в которых используются подручные материалы и инструменты. В них обычно играют со студентами и школьниками для наглядного обучения. Например, используются уголки, плоскопараллельные пластины и микроскопы.

Для высокоточных измерений, определения показателей преломления стекла и других сред используется современное сложное оборудование. Например, используются показатели преломления, символы, эллипсоиды и различные экспериментальные устройства.

(Сравнивая (83.4) с законом преломления, можно увидеть, что закон отражения можно рассматривать как частный случай закона преломления. Это типичное сходство с законами отражения и преломления может быть очень полезным при решении практических задач.

Коэффициент преломления

Когда световая волна ударяется о плоскую границу, разделяющую два диэлектрика с различным относительным пропусканием, волна отражается от границы раздела и преломляется при переходе от одного диэлектрика к другому. Преломляющая способность прозрачной среды характеризуется ее показателем преломления, более известным как коэффициент преломления.

Абсолютный показатель преломления — это физическая величина, равная отношению скорости света в вакууме () к фазовой скорости света в среде (). Этот показатель преломления выражается в. Математически это определение показателя преломления можно записать следующим образом

Показатель преломления каждого вещества (кроме вакуума) зависит от частоты света и параметров вещества (температуры, плотности и т.д.). Для разбавленных газов показатель преломления считается равным.

Если вещество анизотропно, то n зависит от направления распространения света и поляризации световой волны.

Из определения (1) абсолютный показатель преломления получается как

где — проницаемость среды, а — проницаемость среды.

В поглощающих средах показатель преломления может быть комплексным числом. = В диапазоне световых волн 1, проницаемость записывается как

Далее, показатель преломления:.

Если действительная часть показателя преломления равна:.

\n=\sqrt<\frac<<\varepsilon >_1+\sqrt<<<\varepsilon >_1>^2+<<\varepsilon >_2>^2>><2>>(5)\» width=»209″ height=»57″ /></p><p>Преломление, мнимая часть отражает:.</p><h2>Относительный показатель преломления</h2><p>Относительный показатель преломления () второй среды относительно первой среды — это отношение фазовой скорости света в первой среде к фазовой скорости света во второй среде.</p><p>где — абсолютный показатель преломления второй среды, а — абсолютный показатель преломления первого материала. вторая среда считается визуально более плотной, чем первая.</p><p>Для монохроматических волн, длина которых больше, чем расстояние между молекулами вещества, действует закон Снеллиуса</p><p>где — угол падения, — угол преломления, — относительный показатель преломления вещества, через которое распространяется преломленный свет, относительно среды, через которую распространяется падающая световая волна.</p><h2>Единицы измерения</h2><p>Показатель преломления — это безразмерная величина.</p><table><tr><td >Задание</td><td>Каким будет предельный угол полного внутреннего отражения ( ) если луч света переходит из стекла в воздух. Показатель преломления стекла считать равным n=1,52.</td></tr><tr><td >Решение</td><td>При полном внутреннем отражении угол преломления ( ) больше или равен  ). Для угла  закон преломления трансформируется к виду:</table><p>Поскольку угол падения луча равен углу отражения, его можно записать как</p><p><img src=_=\frac\to <\beta >_=\arcsin (\frac)\left(1.2\right).\ >\» width=»344″ height=»37″ />

В рассматриваемой ситуации луч испускается через дымоход и попадает в воздух. Другими словами.

\<\beta >_<pred>=<\arcsin \left(\frac<1><1,52>\right)\ >\approx 41^\circ \» width=»241″ height=»45″ /></p><table><tr><td >Задание</td><td>Какова связь угла падения луча света ( ) с показателем преломления вещества (n)? Если угол между отраженным и преломленным лучами равен  ? Луч падает из воздуха в вещество.</td></tr><tr><td >Решение</td><td>Сделаем рисунок.</table><p><img src=

По закону Снеллиуса его можно записать следующим образом.

По условию, луч является OB OC и поэтому может быть записан как

\\beta +\gamma =\frac<\pi ><2>\to \gamma =\frac<\pi ><2>-\beta \ \left(2.2\right)\» width=»247″ height=»34″ /></p><p>Подставляя выражение для угла преломления в закон преломления (2.1), получаем</p><p><img src=><<\sin (\frac<\pi ><2>-\beta \ )\ >>=n\to \frac<<\sin \alpha \ >><<\cos \beta \ \ >>=n\left(2.3\right)\» width=»297″ height=»44″ />

Поскольку угол падения и угол отражения равны (), уравнение (2.3) приобретает вид

Рефрактометры RL могут использоваться для измерения показателя преломления жидкостей в диапазоне 1,300-1,540, в зависимости от их конструкции.

Рефракция в драгоценных камнях

Преломление драгоценных камней

Благодаря высокому коэффициенту преломления, поверхности камня воспроизводятся на свету. Это делает их более красивыми и интересными. Из всех природных камней алмазы имеют самый высокий коэффициент преломления. При его огранке мастер работает в соответствии с точными пропорциями грани, чтобы максимально увеличить путь лучей света через камень. Цена камня напрямую связана с его огранкой, тем более что значительная его часть теряется в процессе.

Искусственный камень муассанит был разработан в США. Сегодня его коэффициент преломления является самым высоким среди всех минералов, используемых в производстве драгоценных камней. Она в несколько раз выше, чем у бриллиантов, но не очень популярна из-за своего неестественного происхождения.

Метаматериалы с отрицательным индексом

В 60-х годах 20-го века была выдвинута гипотеза о возможности существования метаматериалов с отрицательным преломлением. Материал определяется как вещество, свойства которого отличаются от свойств обычных материалов благодаря его искусственной, периодической структуре.

Минералы с отрицательными экспонентами

В начале 21 века их существование считается в основном доказанным, и многие ученые опубликовали экспериментальные данные о производстве таких образцов. Считается, что они обладают такими свойствами:.

  1. В них будут отличаться направления фазовой и групповой скорости.
  2. Вероятно преодоление дифракционного предела — минимального значения размера пятна, которое можно получить при фокусировке электромагнитных волн.

Последние позволяют микроскопу увеличить разрешение и плотность записи информации при меньшем физическом размере для создания суперфокуса.

Оцените статью
Uhistory.ru