Jak znaleźć względny współczynnik załamania światła? Bezwzględny współczynnik załamania światła i jego związek ze względnym współczynnikiem załamania światła

Współczynnik załamania światła

Współczynnik załamania światła substancje - ilość równa stosunkowi prędkości fazowych światła (fal elektromagnetycznych) w próżni i w danym ośrodku. Czasem mówi się też o współczynniku załamania światła w przypadku innych fal, na przykład dźwięku, chociaż w takich przypadkach definicja musi oczywiście zostać w jakiś sposób zmodyfikowana.

Współczynnik załamania światła zależy od właściwości substancji i długości fali promieniowania; w przypadku niektórych substancji współczynnik załamania światła zmienia się dość silnie, gdy częstotliwość fal elektromagnetycznych zmienia się z niskich częstotliwości na optyczne i wyższe, a także może zmieniać się jeszcze gwałtowniej w przypadku niektórych obszarach skali częstotliwości. Wartość domyślna zwykle odnosi się do zakresu optycznego lub zakresu określonego przez kontekst.

Spinki do mankietów

• RefractiveIndex.INFO baza danych współczynników załamania światła

Fundacja Wikimedia. 2010.

Zobacz, co oznacza „Współczynnik załamania światła” w innych słownikach:

Względny dwóch ośrodków n21, bezwymiarowy stosunek prędkości propagacji promieniowania optycznego (światło c) w ośrodku pierwszym (c1) i drugim (c2): n21 = c1/c2. Jednocześnie nawiązuje. P. p. jest stosunkiem sinusów g l a p a d e n i j i y g l ... ... Encyklopedia fizyczna

Zobacz współczynnik załamania światła...

Zobacz współczynnik załamania światła. * * * WSPÓŁCZYNNIK REFRAKCJI WSPÓŁCZYNNIK REFRAKCJI, patrz Współczynnik załamania światła (patrz WSPÓŁCZYNNIK REFRAKCJI) ... słownik encyklopedyczny- WSPÓŁCZYNNIK ZAŁAMANIA, wielkość charakteryzująca ośrodek i równa stosunkowi prędkości światła w próżni do prędkości światła w ośrodku (bezwzględny współczynnik załamania światła). Współczynnik załamania n zależy od dielektryka e i przenikalności magnetycznej m... ... Ilustrowany słownik encyklopedyczny

- (patrz WSPÓŁCZYNNIK REFRAKCJI). Fizyczny słownik encyklopedyczny. M.: Encyklopedia radziecka. Redaktor naczelny A. M. Prochorow. 1983... Encyklopedia fizyczna

Zobacz współczynnik załamania światła... Wielka encyklopedia radziecka

Stosunek prędkości światła w próżni do prędkości światła w ośrodku (bezwzględny współczynnik załamania światła). Względny współczynnik załamania światła 2 ośrodków to stosunek prędkości światła w ośrodku, z którego światło pada na granicę faz, do prędkości światła w drugim... ... Wielki słownik encyklopedyczny

Optyka jest jedną ze starych gałęzi fizyki. Od czasów starożytnej Grecji wielu filozofów interesowało się prawami ruchu i rozchodzenia się światła w różnych przezroczystych materiałach, takich jak woda, szkło, diament i powietrze. W artykule omówiono zjawisko załamania światła, skupiając się na współczynniku załamania światła powietrza.

Efekt załamania wiązki światła

Każdy w swoim życiu setki razy spotkał się z przejawem tego efektu, gdy patrzył na dno zbiornika lub na szklankę wody z umieszczonym w niej jakimś przedmiotem. Jednocześnie staw nie wydawał się tak głęboki, jak był w rzeczywistości, a przedmioty w szklance z wodą wyglądały na zdeformowane lub połamane.

Zjawisko załamania światła polega na przerwaniu jego prostoliniowej trajektorii w momencie przecięcia powierzchni styku dwóch przezroczystych materiałów. Podsumowując dużą ilość danych eksperymentalnych, na początku XVII wieku Holender Willebrord Snell uzyskał wyrażenie matematyczne, które dokładnie opisywało to zjawisko. Wyrażenie to zwykle zapisuje się w następującej formie:

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

Tutaj n 1, n 2 to bezwzględne współczynniki załamania światła w odpowiednim materiale, θ 1 i θ 2 to kąty między promieniami padającymi i załamanymi oraz prostopadłą do płaszczyzny styku, która jest rysowana przez punkt przecięcia promienia i ten samolot.

Wzór ten nazywa się prawem Snella lub prawem Snella-Descartesa (w przedstawionej postaci zapisał go Francuz, natomiast Holender zamiast sinusów posługiwał się jednostkami długości).

Oprócz tego wzoru zjawisko załamania światła opisuje inne prawo, które ma charakter geometryczny. Polega ona na tym, że zaznaczona prostopadle do płaszczyzny oraz dwa promienie (załamany i padający) leżą w tej samej płaszczyźnie.

Bezwzględny współczynnik załamania światła

Wielkość ta zawarta jest we wzorze Snella, a jej wartość odgrywa ważną rolę. Matematycznie współczynnik załamania światła n odpowiada wzorowi:

Symbol c oznacza prędkość fal elektromagnetycznych w próżni. Jest to około 3*10 8 m/s. Wartość v jest prędkością światła poruszającego się w ośrodku. Zatem współczynnik załamania światła odzwierciedla wielkość opóźnienia światła w ośrodku w stosunku do przestrzeni pozbawionej powietrza.

Z powyższego wzoru wynikają dwa ważne wnioski:

• wartość n jest zawsze większa od 1 (dla próżni równa się jedności);
• jest to wielkość bezwymiarowa.

Na przykład współczynnik załamania powietrza wynosi 1,00029, podczas gdy dla wody wynosi 1,33.

Współczynnik załamania światła nie jest wartością stałą dla konkretnego ośrodka. To zależy od temperatury. Co więcej, dla każdej częstotliwości fali elektromagnetycznej ma ona swoje znaczenie. Zatem powyższe liczby odpowiadają temperaturze 20 o C i żółtej części widma widzialnego (długość fali - około 580-590 nm).

Zależność n od częstotliwości światła objawia się rozkładem światła białego przez pryzmat na szereg kolorów, a także powstawaniem tęczy na niebie podczas ulewnego deszczu.

Współczynnik załamania światła w powietrzu

Jego wartość została już podana powyżej (1,00029). Ponieważ współczynnik załamania powietrza różni się tylko do czwartego miejsca po przecinku od zera, w celu rozwiązania problemów praktycznych można go uznać za równy jeden. Niewielka różnica między n dla powietrza i jednością wskazuje, że światło praktycznie nie jest spowalniane przez cząsteczki powietrza, co wynika z jego stosunkowo małej gęstości. Zatem średnia gęstość powietrza wynosi 1,225 kg/m 3, czyli jest ponad 800 razy lżejsza od słodkiej wody.

Powietrze jest ośrodkiem słabym optycznie. Proces spowalniania prędkości światła w materiale ma charakter kwantowy i wiąże się z aktami absorpcji i emisji fotonów przez atomy substancji.

Zmiany składu powietrza (na przykład wzrost zawartości w nim pary wodnej) i zmiany temperatury prowadzą do znacznych zmian współczynnika załamania światła. Uderzającym przykładem jest efekt mirażu na pustyni, który występuje z powodu różnic we współczynnikach załamania światła warstw powietrza o różnych temperaturach.

Interfejs szkło-powietrze

Szkło jest ośrodkiem znacznie gęstszym niż powietrze. Jego bezwzględny współczynnik załamania światła waha się od 1,5 do 1,66 w zależności od rodzaju szkła. Jeśli przyjmiemy średnią wartość 1,55, to załamanie wiązki na granicy powietrze-szkło można obliczyć ze wzoru:

grzech(θ 1)/sin(θ 2) = n 2 /n 1 = n 21 = 1,55.

Wartość n 21 nazywana jest względnym współczynnikiem załamania światła powietrze - szkło. Jeśli wiązka wychodzi ze szkła w powietrze, należy zastosować następujący wzór:

grzech(θ 1)/sin(θ 2) = n 2 /n 1 = n 21 = 1/1,55 ​​= 0,645.

Jeżeli kąt załamanego promienia w tym drugim przypadku jest równy 90 o, wówczas odpowiedni kąt nazywa się krytycznym. Dla granicy szkło-powietrze jest ona równa:

θ 1 = arcsin(0,645) = 40,17 o.

Jeśli wiązka spadnie na granicę szkło-powietrze pod kątem większym niż 40,17 o, wówczas zostanie całkowicie odbita z powrotem do szkła. Zjawisko to nazywane jest „całkowitym odbiciem wewnętrznym”.

Kąt krytyczny istnieje tylko wtedy, gdy wiązka przemieszcza się z gęstego ośrodka (ze szkła do powietrza, ale nie odwrotnie).

Załamanie światła- zjawisko, w którym promień światła przechodząc z jednego ośrodka do drugiego zmienia kierunek na granicy tych ośrodków.

Załamanie światła zachodzi zgodnie z następującym prawem:
Promienie padające i załamane oraz prostopadła poprowadzona do granicy obu ośrodków w punkcie padania promienia leżą w tej samej płaszczyźnie. Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest wartością stałą dla dwóch ośrodków:
,
Gdzie α - kąt padania,
β - kąt załamania,
N - stałą wartość niezależną od kąta padania.

Kiedy zmienia się kąt padania, zmienia się również kąt załamania. Im większy kąt padania, tym większy kąt załamania.
Jeśli światło przechodzi z ośrodka optycznie rzadszego do ośrodka gęstszego, wówczas kąt załamania jest zawsze mniejszy niż kąt padania: β < α.
Promień światła skierowany prostopadle do granicy między dwoma ośrodkami przechodzi z jednego ośrodka do drugiego bez refrakcji.

bezwzględny współczynnik załamania światła substancji- wartość równa stosunkowi prędkości fazowych światła (fal elektromagnetycznych) w próżni i w danym środowisku n=c/v
Wielkość n zawarta w prawie załamania nazywa się względnym współczynnikiem załamania światła dla pary ośrodków.

Wartość n jest względnym współczynnikiem załamania ośrodka B względem ośrodka A, a n" = 1/n jest względnym współczynnikiem załamania ośrodka A względem ośrodka B.
Wartość ta, przy pozostałych parametrach równych, jest większa od jedności, gdy wiązka przechodzi z ośrodka gęstszego do ośrodka mniej gęstego i mniejsza od jedności, gdy wiązka przechodzi z ośrodka mniej gęstego do ośrodka gęstszego (na przykład z ośrodka gazowego lub z próżni do cieczy lub ciała stałego). Istnieją wyjątki od tej reguły i dlatego zwyczajowo nazywa się ośrodek optycznie bardziej lub mniej gęsty niż inny.
Promień padający z przestrzeni pozbawionej powietrza na powierzchnię jakiegoś ośrodka B załamuje się silniej niż wtedy, gdy pada na niego z innego ośrodka A; Współczynnik załamania światła padającego na ośrodek z przestrzeni pozbawionej powietrza nazywany jest jego bezwzględnym współczynnikiem załamania światła.

(Absolutny - w odniesieniu do próżni.
Względny - w stosunku do dowolnej innej substancji (na przykład tego samego powietrza).
Wskaźnikiem względnym dwóch substancji jest stosunek ich wskaźników bezwzględnych.)

Całkowite wewnętrzne odbicie- odbicie wewnętrzne, pod warunkiem, że kąt padania przekracza pewien kąt krytyczny. W tym przypadku padająca fala zostaje całkowicie odbita, a wartość współczynnika odbicia przekracza jego najwyższe wartości dla powierzchni polerowanych. Współczynnik odbicia całkowitego wewnętrznego odbicia jest niezależny od długości fali.

W optyce zjawisko to obserwuje się dla szerokiego zakresu promieniowania elektromagnetycznego, w tym zakresu rentgenowskiego.

W optyce geometrycznej zjawisko to wyjaśnia się w ramach prawa Snella. Biorąc pod uwagę, że kąt załamania nie może przekraczać 90°, stwierdzamy, że przy kącie padania, którego sinus jest większy niż stosunek dolnego współczynnika załamania do większego, fala elektromagnetyczna musi zostać całkowicie odbita w ośrodku pierwszym.

Zgodnie z falową teorią zjawiska, fala elektromagnetyczna w dalszym ciągu przenika do drugiego ośrodka - rozchodzi się tam tzw. „fala niejednorodna”, która zanika wykładniczo i nie niesie ze sobą energii. Charakterystyczna głębokość wnikania niejednorodnej fali do drugiego ośrodka jest rzędu długości fali.

Prawa załamania światła.

Z tego wszystkiego, co zostało powiedziane, wnioskujemy:
1 . Na styku dwóch ośrodków o różnych gęstościach optycznych promień świetlny zmienia swój kierunek podczas przejścia z jednego ośrodka do drugiego.
2. Gdy wiązka światła przechodzi do ośrodka o większej gęstości optycznej, kąt załamania jest mniejszy niż kąt padania; Kiedy promień świetlny przechodzi z ośrodka optycznie gęstszego do ośrodka rzadszego, kąt załamania jest większy niż kąt padania.
Załamaniu światła towarzyszy odbicie, a wraz ze wzrostem kąta padania jasność odbitej wiązki wzrasta, a załamana wiązka słabnie. Można to zaobserwować przeprowadzając doświadczenie pokazane na rysunku. W rezultacie odbita wiązka niesie ze sobą więcej energii świetlnej, im większy jest kąt padania.

Pozwalać MN- interfejs pomiędzy dwoma przezroczystymi mediami, np. powietrzem i wodą, JSC- promień padający, OB- promień załamany, - kąt padania, - kąt załamania, - prędkość propagacji światła w ośrodku pierwszym, - prędkość propagacji światła w ośrodku drugim.