Rifrazione assoluta e relativa. Concetto di indice di rifrazione

Rifrazione della luce- un fenomeno in cui un raggio di luce, passando da un mezzo all'altro, cambia direzione al confine di questi mezzi.

La rifrazione della luce avviene secondo la seguente legge:
I raggi incidenti e rifratti e la perpendicolare tracciata all'interfaccia tra i due mezzi nel punto di incidenza del raggio giacciono sullo stesso piano. Il rapporto tra il seno dell'angolo di incidenza e il seno dell'angolo di rifrazione è un valore costante per due mezzi:
,
Dove α - angolo di incidenza,
β - angolo di rifrazione,
N - un valore costante indipendente dall'angolo di incidenza.

Quando cambia l’angolo di incidenza, cambia anche l’angolo di rifrazione. Maggiore è l'angolo di incidenza, maggiore è l'angolo di rifrazione.
Se la luce proviene da un mezzo otticamente meno denso verso uno più denso, l'angolo di rifrazione è sempre inferiore all'angolo di incidenza: β < α.
Un raggio di luce diretto perpendicolarmente all'interfaccia tra due mezzi passa da un mezzo all'altro senza rifrazione.

indice di rifrazione assoluto di una sostanza- un valore pari al rapporto tra le velocità di fase della luce (onde elettromagnetiche) nel vuoto e in un dato ambiente n=c/v
La quantità n compresa nella legge di rifrazione è chiamata indice di rifrazione relativo per una coppia di mezzi.

Il valore n è l'indice di rifrazione relativo del mezzo B rispetto al mezzo A, e n" = 1/n è l'indice di rifrazione relativo del mezzo A rispetto al mezzo B.
Questo valore, a parità di altre condizioni, è maggiore dell'unità quando il fascio passa da un mezzo più denso a uno meno denso, e minore dell'unità quando il fascio passa da un mezzo meno denso a uno più denso (ad esempio da un gas o dal vuoto a un liquido o un solido). Ci sono eccezioni a questa regola, e quindi è consuetudine chiamare un mezzo otticamente più o meno denso di un altro.
Un raggio che cade dallo spazio senz'aria sulla superficie di un mezzo B viene rifratto più fortemente di quando cade su di esso da un altro mezzo A; L'indice di rifrazione di un raggio incidente su un mezzo dallo spazio senz'aria è chiamato indice di rifrazione assoluto.

(Assoluto - relativo al vuoto.
Relativo - relativo a qualsiasi altra sostanza (la stessa aria, per esempio).
L'indicatore relativo di due sostanze è il rapporto dei loro indicatori assoluti.)

Riflessione interna totale- riflessione interna, a condizione che l'angolo di incidenza superi un certo angolo critico. In questo caso l'onda incidente viene riflessa completamente e il valore del coefficiente di riflessione supera i suoi valori più alti per le superfici lucide. La riflettanza della riflessione interna totale è indipendente dalla lunghezza d'onda.

In ottica, questo fenomeno viene osservato per un'ampia gamma di radiazioni elettromagnetiche, inclusa la gamma dei raggi X.

In ottica geometrica, il fenomeno è spiegato nel quadro della legge di Snell. Considerando che l'angolo di rifrazione non può superare i 90°, troviamo che per un angolo di incidenza il cui seno è maggiore del rapporto tra l'indice di rifrazione inferiore e l'indice maggiore, l'onda elettromagnetica deve essere completamente riflessa nel primo mezzo.

Secondo la teoria ondulatoria del fenomeno, l'onda elettromagnetica penetra ancora nel secondo mezzo: lì si propaga la cosiddetta “onda non uniforme”, che decade in modo esponenziale e non trasporta con sé energia. La profondità caratteristica di penetrazione di un'onda disomogenea nel secondo mezzo è dell'ordine della lunghezza d'onda.

Leggi della rifrazione della luce.

Da tutto quanto detto concludiamo:
1 . All'interfaccia tra due mezzi di diversa densità ottica, un raggio luminoso cambia direzione quando passa da un mezzo all'altro.
2. Quando un raggio luminoso passa in un mezzo con una densità ottica maggiore, l'angolo di rifrazione è inferiore all'angolo di incidenza; Quando un raggio luminoso passa da un mezzo otticamente più denso a uno meno denso, l'angolo di rifrazione è maggiore dell'angolo di incidenza.
La rifrazione della luce è accompagnata dalla riflessione e con un aumento dell'angolo di incidenza aumenta la luminosità del raggio riflesso e il raggio rifratto si indebolisce. Ciò può essere verificato conducendo l'esperimento mostrato in figura. Di conseguenza il raggio riflesso porta con sé tanto più energia luminosa quanto maggiore è l'angolo di incidenza.

Permettere MN- l'interfaccia tra due mezzi trasparenti, ad esempio aria e acqua, JSC- raggio incidente, OB- raggio rifratto, - angolo di incidenza, - angolo di rifrazione, - velocità di propagazione della luce nel primo mezzo, - velocità di propagazione della luce nel secondo mezzo.

Questo articolo rivela l'essenza di un concetto di ottica come l'indice di rifrazione. Vengono fornite le formule per ottenere questa quantità e viene fornita una breve panoramica dell'applicazione del fenomeno della rifrazione delle onde elettromagnetiche.

Visione e indice di rifrazione

Agli albori della civiltà, le persone si chiedevano: come vede l'occhio? È stato suggerito che una persona emetta raggi che percepiscono gli oggetti circostanti o, al contrario, tutte le cose emettono tali raggi. La risposta a questa domanda venne data nel XVII secolo. Si trova nell'ottica ed è correlato a cos'è l'indice di rifrazione. Riflettendo da varie superfici opache e rifrangendosi al confine con quelle trasparenti, la luce dà a una persona l'opportunità di vedere.

Indice di luce e rifrazione

Il nostro pianeta è avvolto dalla luce del sole. Ed è proprio alla natura ondulatoria dei fotoni che è associato un concetto come l'indice di rifrazione assoluto. Un fotone, propagandosi nel vuoto, non incontra ostacoli. Sul pianeta, la luce incontra molti ambienti diversi e più densi: l'atmosfera (una miscela di gas), l'acqua, i cristalli. Essendo un'onda elettromagnetica, i fotoni della luce hanno una velocità di fase nel vuoto (denotata C), e nell'ambiente - un altro (indicato v). Il rapporto tra il primo e il secondo è quello che viene chiamato indice di rifrazione assoluto. La formula è simile a questa: n = c / v.

Velocità di fase

Vale la pena definire la velocità di fase del mezzo elettromagnetico. Altrimenti, capisci cos'è l'indice di rifrazione N, è vietato. Un fotone di luce è un'onda. Ciò significa che può essere rappresentato come un pacchetto di energia che oscilla (immagina un segmento di un'onda sinusoidale). La fase è il segmento della sinusoide che l'onda percorre in un dato momento nel tempo (ricordate che questo è importante per comprendere una quantità come l'indice di rifrazione).

Ad esempio, la fase può essere il massimo di una sinusoide o un segmento della sua pendenza. La velocità di fase di un'onda è la velocità con cui si muove quella particolare fase. Come spiega la definizione dell'indice di rifrazione, questi valori differiscono per il vuoto e per un mezzo. Inoltre ogni ambiente ha un proprio valore di questa quantità. Qualsiasi composto trasparente, qualunque sia la sua composizione, ha un indice di rifrazione diverso da tutte le altre sostanze.

Indice di rifrazione assoluto e relativo

È già stato mostrato sopra che il valore assoluto viene misurato rispetto al vuoto. Tuttavia, questo è difficile sul nostro pianeta: la luce colpisce più spesso il confine tra aria e acqua o quarzo e spinello. Per ciascuno di questi mezzi, come accennato in precedenza, l'indice di rifrazione è diverso. Nell'aria, un fotone di luce viaggia lungo una direzione e ha una velocità di fase (v 1), ma quando entra nell'acqua cambia la direzione di propagazione e la velocità di fase (v 2). Tuttavia, entrambe queste direzioni giacciono sullo stesso piano. Questo è molto importante per comprendere come si forma l'immagine del mondo circostante sulla retina dell'occhio o sulla matrice della macchina fotografica. Il rapporto tra i due valori assoluti dà il relativo indice di rifrazione. La formula è questa: n 12 = v 1 / v 2.

Ma cosa succederebbe se la luce, al contrario, uscisse dall'acqua ed entrasse nell'aria? Quindi questo valore sarà determinato dalla formula n 21 = v 2 / v 1. Moltiplicando gli indici di rifrazione relativi otteniamo n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1. Questa relazione è valida per qualsiasi coppia di mezzi. L'indice di rifrazione relativo si trova dai seni degli angoli di incidenza e rifrazione n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Non dimenticare che gli angoli sono misurati dalla normale alla superficie. Una normale è una linea perpendicolare alla superficie. Cioè, se al problema viene data un'angolazione α cadere rispetto alla superficie stessa, allora dobbiamo calcolare il seno di (90 - α).

La bellezza dell'indice di rifrazione e le sue applicazioni

In una tranquilla giornata di sole, i riflessi giocano sul fondo del lago. Il ghiaccio blu scuro copre la roccia. Un diamante sparge migliaia di scintille sulla mano di una donna. Questi fenomeni sono una conseguenza del fatto che tutti i confini dei mezzi trasparenti hanno un indice di rifrazione relativo. Oltre al piacere estetico, questo fenomeno può essere utilizzato anche per applicazioni pratiche.

Ecco alcuni esempi:

• Una lente di vetro raccoglie un raggio di sole e incendia l'erba.
• Il raggio laser si concentra sull'organo malato e taglia il tessuto non necessario.
• La luce del sole si rifrange sull'antica vetrata, creando un'atmosfera speciale.
• Il microscopio ingrandisce le immagini di dettagli molto piccoli
• Le lenti dello spettrofotometro raccolgono la luce laser riflessa dalla superficie della sostanza studiata. In questo modo è possibile comprendere la struttura e quindi le proprietà dei nuovi materiali.
• Esiste persino un progetto per un computer fotonico, in cui le informazioni non verranno trasmesse dagli elettroni, come adesso, ma dai fotoni. Un tale dispositivo richiederà sicuramente elementi rifrangenti.

Lunghezza d'onda

Tuttavia, il Sole ci fornisce fotoni non solo nello spettro visibile. Le gamme degli infrarossi, degli ultravioletti e dei raggi X non sono percepite dalla visione umana, ma influenzano la nostra vita. I raggi IR ci riscaldano, i fotoni UV ionizzano gli strati superiori dell'atmosfera e consentono alle piante di produrre ossigeno attraverso la fotosintesi.

E l'importo dell'indice di rifrazione dipende non solo dalle sostanze tra le quali si trova il confine, ma anche dalla lunghezza d'onda della radiazione incidente. Di quale valore esatto stiamo parlando è solitamente chiaro dal contesto. Cioè, se il libro esamina i raggi X e il loro effetto sugli esseri umani, allora N lì è definito specificamente per questo intervallo. Ma di solito si intende lo spettro visibile delle onde elettromagnetiche a meno che non venga specificato qualcos'altro.

Indice di rifrazione e riflessione

Come è apparso chiaro da quanto scritto sopra, stiamo parlando di ambienti trasparenti. Abbiamo fornito come esempi l'aria, l'acqua e il diamante. Ma che dire del legno, del granito, della plastica? Esiste un indice di rifrazione per loro? La risposta è complessa, ma in generale sì.

Innanzitutto dovremmo considerare con che tipo di luce abbiamo a che fare. Quei mezzi che sono opachi ai fotoni visibili vengono tagliati dai raggi X o dalle radiazioni gamma. Cioè, se fossimo tutti superuomini, allora l'intero mondo intorno a noi sarebbe trasparente per noi, ma a vari livelli. Ad esempio, i muri di cemento non sarebbero più densi della gelatina e gli accessori metallici sembrerebbero pezzi di frutta più densi.

Per le altre particelle elementari, i muoni, il nostro pianeta è generalmente trasparente in tutto e per tutto. Un tempo, gli scienziati avevano molte difficoltà a dimostrare il fatto stesso della loro esistenza. Milioni di muoni ci trapassano ogni secondo, ma la probabilità che una singola particella entri in collisione con la materia è molto piccola ed è molto difficile rilevarla. A proposito, il Baikal diventerà presto un luogo dove "catturare" i muoni. Le sue acque profonde e limpide sono ideali a questo scopo, soprattutto in inverno. La cosa principale è che i sensori non si congelano. Quindi l'indice di rifrazione del calcestruzzo, ad esempio, per i fotoni dei raggi X ha senso. Inoltre, irradiare una sostanza con i raggi X è uno dei modi più accurati e importanti per studiare la struttura dei cristalli.

Vale anche la pena ricordare che in senso matematico le sostanze opache per un dato intervallo hanno un indice di rifrazione immaginario. Infine bisogna comprendere che anche la temperatura di una sostanza può influenzarne la trasparenza.

Nel tuo corso di fisica di terza media, hai imparato a conoscere il fenomeno della rifrazione della luce. Ora sai che la luce è costituita da onde elettromagnetiche di una certa gamma di frequenze. Basandosi sulla conoscenza della natura della luce, puoi comprendere la causa fisica della rifrazione e spiegare molti altri fenomeni luminosi ad essa associati.

Riso. 141. Passando da un mezzo all'altro il raggio si rifrange, cioè cambia la direzione di propagazione

Secondo la legge della rifrazione della luce (Fig. 141):

• i raggi incidenti, rifratti e perpendicolari attratti dall'interfaccia tra due mezzi nel punto di incidenza del raggio giacciono sullo stesso piano; il rapporto tra il seno dell'angolo di incidenza e il seno dell'angolo di rifrazione è un valore costante per questi due mezzi

dove n 21 è l'indice di rifrazione relativo del secondo mezzo rispetto al primo.

Se il raggio passa in qualsiasi mezzo dal vuoto, allora

dove n è l'indice di rifrazione assoluto (o semplicemente indice di rifrazione) del secondo mezzo. In questo caso il primo “mezzo” è il vuoto, il cui valore assoluto è assunto come unità.

La legge della rifrazione della luce fu scoperta sperimentalmente dallo scienziato olandese Willebord Snellius nel 1621. La legge fu formulata in un trattato di ottica, ritrovato tra le carte dello scienziato dopo la sua morte.

Dopo la scoperta di Snell, diversi scienziati ipotizzarono che la rifrazione della luce fosse dovuta a un cambiamento nella sua velocità quando passa attraverso il confine di due mezzi. La validità di questa ipotesi fu confermata da dimostrazioni teoriche effettuate indipendentemente dal matematico francese Pierre Fermat (nel 1662) e dal fisico olandese Christiaan Huygens (nel 1690). Sono arrivati ​​allo stesso risultato in modi diversi, dimostrandolo

• il rapporto tra il seno dell'angolo di incidenza e il seno dell'angolo di rifrazione è un valore costante per questi due mezzi, uguale al rapporto delle velocità della luce in questi mezzi:

Dall'equazione (3) segue che se l'angolo di rifrazione β è minore dell'angolo di incidenza a, allora la luce di una data frequenza nel secondo mezzo si propaga più lentamente che nel primo, cioè V 2

La relazione tra le quantità incluse nell'equazione (3) è servita come motivo convincente per l'emergere di un'altra formulazione per la definizione dell'indice di rifrazione relativo:

• l'indice di rifrazione relativo del secondo mezzo rispetto al primo è una quantità fisica pari al rapporto tra le velocità della luce in questi mezzi:

n21 = v1 / v2 (4)

Lasciamo che un raggio di luce passi dal vuoto a un mezzo. Sostituendo v1 nell'equazione (4) con la velocità della luce nel vuoto c, e v 2 con la velocità della luce nel mezzo v, otteniamo l'equazione (5), che è la definizione dell'indice di rifrazione assoluto:

• L'indice di rifrazione assoluto di un mezzo è una quantità fisica pari al rapporto tra la velocità della luce nel vuoto e la velocità della luce in un dato mezzo:

Secondo le equazioni (4) e (5), n 21 mostra quante volte cambia la velocità della luce quando passa da un mezzo a un altro, e n - quando passa dal vuoto al mezzo. Questo è il significato fisico degli indici di rifrazione.

Il valore dell'indice di rifrazione assoluto n di qualsiasi sostanza è maggiore di uno (ciò è confermato dai dati contenuti nelle tabelle dei libri di consultazione fisica). Quindi, secondo l'equazione (5), c/v > 1 e c > v, cioè la velocità della luce in qualsiasi sostanza è inferiore alla velocità della luce nel vuoto.

Senza fornire giustificazioni rigorose (sono complesse e ingombranti), notiamo che la ragione della diminuzione della velocità della luce durante la sua transizione dal vuoto alla materia è l'interazione dell'onda luminosa con atomi e molecole di materia. Maggiore è la densità ottica di una sostanza, più forte è questa interazione, minore è la velocità della luce e maggiore è l'indice di rifrazione. Pertanto, la velocità della luce in un mezzo e l'indice di rifrazione assoluto sono determinati dalle proprietà di questo mezzo.

Sulla base dei valori numerici degli indici di rifrazione delle sostanze, è possibile confrontare le loro densità ottiche. Ad esempio, l'indice di rifrazione dei diversi tipi di vetro varia da 1.470 a 2.040 e l'indice di rifrazione dell'acqua è 1.333. Ciò significa che il vetro è un mezzo otticamente più denso dell'acqua.

Passiamo alla Figura 142, con l'aiuto della quale possiamo spiegare perché al confine di due mezzi, al variare della velocità, cambia anche la direzione di propagazione dell'onda luminosa.

Riso. 142. Quando le onde luminose passano dall'aria all'acqua, la velocità della luce diminuisce, il fronte dell'onda, e con esso la sua velocità, cambia direzione

La figura mostra un'onda luminosa che passa dall'aria all'acqua e incide sull'interfaccia tra questi mezzi con un angolo a. Nell'aria la luce viaggia ad una velocità v 1, mentre nell'acqua ad una velocità minore v 2.

Il punto A dell'onda raggiunge per primo il confine. In un periodo di tempo Δt, il punto B, muovendosi nell'aria con la stessa velocità v 1, raggiungerà il punto B." Nello stesso tempo, il punto A, muovendosi nell'acqua con una velocità inferiore v 2, percorrerà una distanza più breve , raggiungendo solo il punto A." In questo caso, il cosiddetto fronte dell'onda AB nell'acqua verrà ruotato di un certo angolo rispetto al fronte dell'onda AB nell'aria. Ed il vettore velocità (che è sempre perpendicolare al fronte dell'onda e coincide con la direzione della sua propagazione) ruota avvicinandosi alla retta OO", perpendicolare all'interfaccia tra i mezzi. In questo caso l'angolo di rifrazione β risulta essere minore dell'angolo di incidenza α. Ecco come avviene la rifrazione della luce.

Dalla figura è anche chiaro che quando ci si sposta in un altro mezzo e si ruota il fronte d'onda, cambia anche la lunghezza d'onda: quando ci si sposta in un mezzo otticamente più denso, la velocità diminuisce, anche la lunghezza d'onda diminuisce (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.

Domande

1. Quale delle due sostanze è otticamente più densa?
2. Come vengono determinati gli indici di rifrazione attraverso la velocità della luce nei mezzi?
3. Dove viaggia la luce alla massima velocità?
4. Qual è la ragione fisica della diminuzione della velocità della luce quando passa dal vuoto ad un mezzo o da un mezzo con densità ottica inferiore a un mezzo con densità ottica maggiore?
5. Cosa determina (cioè da cosa dipende) l'indice di rifrazione assoluto di un mezzo e la velocità della luce in esso?
6. Raccontaci cosa illustra la Figura 142.

Esercizio

Passiamo a una considerazione più dettagliata dell'indice di rifrazione, che abbiamo introdotto nel §81 nel formulare la legge di rifrazione.

L'indice di rifrazione dipende dalle proprietà ottiche sia del mezzo da cui cade il raggio sia del mezzo in cui penetra. L'indice di rifrazione ottenuto quando la luce proveniente dal vuoto cade su un mezzo è chiamato indice di rifrazione assoluto di quel mezzo.

Riso. 184. Indice di rifrazione relativo di due mezzi:

Sia l'indice di rifrazione assoluto del primo mezzo e quello del secondo mezzo - . Considerando la rifrazione al confine del primo e del secondo mezzo, ci assicuriamo che l'indice di rifrazione durante il passaggio dal primo mezzo al secondo, il cosiddetto indice di rifrazione relativo, è pari al rapporto degli indici di rifrazione assoluti del secondo e primo mezzo:

(Fig. 184). Passando invece dal secondo mezzo al primo abbiamo un indice di rifrazione relativo

La connessione stabilita tra l'indice di rifrazione relativo di due mezzi e i loro indici di rifrazione assoluti potrebbe essere derivata teoricamente, senza nuovi esperimenti, proprio come ciò può essere fatto per la legge di reversibilità (§82),

Un mezzo con un indice di rifrazione più elevato è detto otticamente più denso. Di solito viene misurato l'indice di rifrazione di vari mezzi rispetto all'aria. L'indice di rifrazione assoluto dell'aria è . Pertanto, l'indice di rifrazione assoluto di qualsiasi mezzo è correlato al suo indice di rifrazione relativo all'aria mediante la formula

Tabella 6. Indice di rifrazione di varie sostanze rispetto all'aria

L'indice di rifrazione dipende dalla lunghezza d'onda della luce, cioè dal suo colore. Colori diversi corrispondono a diversi indici di rifrazione. Questo fenomeno, chiamato dispersione, gioca un ruolo importante nell'ottica. Tratteremo più volte di questo fenomeno nei capitoli successivi. I dati riportati nella tabella. 6, fare riferimento alla luce gialla.

È interessante notare che la legge della riflessione può essere formalmente scritta nella stessa forma della legge della rifrazione. Ricordiamo che abbiamo concordato di misurare sempre gli angoli dalla perpendicolare al raggio corrispondente. Dobbiamo quindi considerare l'angolo di incidenza e l'angolo di riflessione di segno opposto, cioè la legge della riflessione può essere scritta come

Confrontando la (83.4) con la legge di rifrazione, vediamo che la legge di riflessione può essere considerata come un caso speciale della legge di rifrazione a . Questa somiglianza formale delle leggi di riflessione e rifrazione è di grande beneficio nella risoluzione di problemi pratici.

Nella presentazione precedente l'indice di rifrazione aveva il significato di una costante del mezzo, indipendente dall'intensità della luce che lo attraversa. Questa interpretazione dell'indice di rifrazione è del tutto naturale, ma nel caso di elevate intensità di radiazione, ottenibili utilizzando i moderni laser, non è giustificata. Le proprietà del mezzo attraverso il quale passa la forte radiazione luminosa dipendono in questo caso dalla sua intensità. Come si suol dire, l'ambiente diventa non lineare. La non linearità del mezzo si manifesta soprattutto nel fatto che un'onda luminosa ad alta intensità modifica l'indice di rifrazione. La dipendenza dell'indice di rifrazione dall'intensità della radiazione ha la forma

Ecco il solito indice di rifrazione, ed è l'indice di rifrazione non lineare, ed è il fattore di proporzionalità. Il termine aggiuntivo in questa formula può essere positivo o negativo.

Le variazioni relative nell'indice di rifrazione sono relativamente piccole. A indice di rifrazione non lineare. Tuttavia, anche cambiamenti così piccoli nell'indice di rifrazione sono evidenti: si manifestano in un peculiare fenomeno di autofocalizzazione della luce.

Consideriamo un mezzo con un indice di rifrazione non lineare positivo. In questo caso, le aree con maggiore intensità luminosa sono contemporaneamente aree con maggiore indice di rifrazione. Tipicamente, nella radiazione laser reale, la distribuzione dell'intensità sulla sezione trasversale di un fascio di raggi non è uniforme: l'intensità è massima lungo l'asse e diminuisce dolcemente verso i bordi del fascio, come mostrato in Fig. 185 curve solide. Una distribuzione simile descrive anche la variazione dell'indice di rifrazione attraverso la sezione trasversale di una cella con un mezzo non lineare lungo l'asse del quale si propaga il raggio laser. L'indice di rifrazione, che è massimo lungo l'asse della cuvetta, diminuisce dolcemente verso le sue pareti (curve tratteggiate in Fig. 185).

Un fascio di raggi che esce dal laser parallelamente all'asse, entrando in un mezzo con indice di rifrazione variabile, viene deviato nella direzione in cui è più grande. Pertanto, la maggiore intensità vicino alla cuvetta porta ad una concentrazione di raggi luminosi in quest'area, mostrata schematicamente in sezioni trasversali e in Fig. 185, e ciò comporta un ulteriore incremento. In definitiva, la sezione trasversale effettiva di un raggio luminoso che passa attraverso un mezzo non lineare risulta significativamente ridotta. La luce passa attraverso un canale stretto con un alto indice di rifrazione. Pertanto, il raggio laser dei raggi viene ristretto e il mezzo non lineare, sotto l'influenza di un'intensa radiazione, agisce come una lente collettrice. Questo fenomeno è chiamato auto-focalizzazione. Può essere osservato, ad esempio, nel nitrobenzene liquido.

Riso. 185. Distribuzione dell'intensità della radiazione e dell'indice di rifrazione sulla sezione trasversale di un raggio laser di raggi all'ingresso della cuvetta (a), vicino all'estremità di ingresso (), al centro (), vicino all'estremità di uscita della cuvetta ( )

La rifrazione è un certo numero astratto che caratterizza la capacità di rifrazione di qualsiasi mezzo trasparente. Si è soliti denotarlo con il n. Esistono indici di rifrazione assoluti e indici relativi.

Il primo viene calcolato utilizzando una delle due formule:

n = sin α / sin β = const (dove sin α è il seno dell'angolo di incidenza e sin β è il seno del raggio luminoso che entra nel mezzo in esame dal vuoto)

n = c / υ λ (dove c è la velocità della luce nel vuoto, υ λ è la velocità della luce nel mezzo in esame).

Qui il calcolo mostra quante volte la luce cambia la sua velocità di propagazione nel momento del passaggio dal vuoto a un mezzo trasparente. Questo determina l'indice di rifrazione (assoluto). Per trovare il relativo, usa la formula:

Vengono cioè considerati gli indici di rifrazione assoluti di sostanze di diversa densità, come aria e vetro.

In generale, i coefficienti assoluti di qualsiasi corpo, sia esso gassoso, liquido o solido, sono sempre maggiori di 1. Fondamentalmente i loro valori vanno da 1 a 2. Questo valore può essere superiore a 2 solo in casi eccezionali. Il significato di questo parametro per alcuni ambienti è:

Questo valore se applicato alla sostanza naturale più dura del pianeta, il diamante, è 2,42. Molto spesso, quando si conducono ricerche scientifiche, ecc., è necessario conoscere l'indice di rifrazione dell'acqua. Questo parametro è 1.334.

Poiché la lunghezza d'onda è, ovviamente, un indicatore variabile, alla lettera n viene assegnato un indice. Il suo valore aiuta a capire a quale onda dello spettro appartiene questo coefficiente. Considerando la stessa sostanza, ma all'aumentare della lunghezza d'onda della luce, l'indice di rifrazione diminuirà. Questa circostanza provoca la scomposizione della luce in uno spettro quando passa attraverso una lente, un prisma, ecc.

Dal valore dell'indice di rifrazione è possibile determinare, ad esempio, la quantità di una sostanza disciolta in un'altra. Ciò può essere utile, ad esempio, nella preparazione della birra o quando è necessario conoscere la concentrazione di zucchero, frutta o bacche nel succo. Questo indicatore è importante sia nel determinare la qualità dei prodotti petroliferi che in gioielleria, quando è necessario dimostrare l'autenticità di una pietra, ecc.

Senza l'utilizzo di alcuna sostanza, la scala visibile nell'oculare dell'apparecchio sarà completamente blu. Se si fa cadere acqua distillata ordinaria sul prisma, se lo strumento è calibrato correttamente, il confine tra i colori blu e bianco passerà rigorosamente lungo il segno zero. Quando si studia un'altra sostanza, si sposterà lungo la scala in base all'indice di rifrazione che le è caratteristico.