Lom svetla- jav, pri ktorom lúč svetla prechádzajúci z jedného prostredia do druhého mení smer na hranici týchto médií.

K lomu svetla dochádza podľa nasledujúceho zákona:
Dopadajúce a lomené lúče a kolmica nakreslená 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 dve prostredia:
,
Kde α - uhol dopadu,
β - uhol lomu,
n - konštantná hodnota nezávislá od uhla dopadu.

Keď sa zmení uhol dopadu, zmení sa aj uhol lomu. Čím väčší je uhol dopadu, tým väčší je uhol lomu.
Ak svetlo prichádza z opticky menej hustého média do média s vyššou hustotou, potom je uhol lomu vždy menší ako uhol dopadu: β < α.
Lúč svetla smerujúci kolmo na rozhranie medzi dvoma médiami prechádza z jedného média do druhého bez lomu.

absolútny ukazovateľ lom hmoty- hodnota rovnajúca sa pomeru fázových rýchlostí svetla (elektromagnetických vĺn) vo vákuu a v danom prostredí n=c/v
Množstvo n zahrnuté v zákone lomu sa nazýva relatívny index lomu pre pár médií.

Hodnota n je relatívny ukazovateľ index lomu média B vo vzťahu k médiu A a n" = 1/n je relatívny index lomu média A vo vzťahu k médiu B.
Táto hodnota, ak sú ostatné veci rovnaké, je väčšia ako jednota, keď lúč prechádza z hustejšieho média do média s menšou hustotou, a menšia ako jednota, keď lúč prechádza z média s menšou hustotou do média s hustejšou (napríklad z plynu alebo z vákua na kvapalinu alebo pevnú látku). Z tohto pravidla existujú výnimky, a preto je zvykom volať médium opticky viac či menej husté ako iné.
Lúč dopadajúci z bezvzduchového priestoru na povrch nejakého média B sa láme silnejšie ako keď naň dopadá z iného média A; Index lomu lúča dopadajúceho na médium z bezvzduchového priestoru sa nazýva jeho absolútny index lomu.

(Absolútne - vzhľadom na vákuum.
Relatívna - vo vzťahu k akejkoľvek inej látke (napríklad k rovnakému vzduchu).
Relatívny ukazovateľ dvoch látok je pomer ich absolútnych ukazovateľov.)

Totálny vnútorný odraz- vnútorný odraz za predpokladu, že uhol dopadu presahuje určitý kritický uhol. V tomto prípade sa dopadajúca vlna úplne odrazí a hodnota koeficientu odrazu prekročí svoje maximum veľké hodnoty pre leštené povrchy. Odrazivosť celkového vnútorného odrazu je nezávislá od vlnovej dĺžky.

V optike je tento jav pozorovaný pre veľký rozsah elektromagnetického žiarenia vrátane röntgenového rozsahu.

V geometrickej optike sa jav vysvetľuje v rámci Snellovho zákona. Ak vezmeme do úvahy, že uhol lomu nemôže presiahnuť 90°, zistíme, že pri uhle dopadu, ktorého sínus je väčší ako pomer nižšieho indexu lomu k väčšiemu indexu, sa elektromagnetická vlna musí úplne odrážať do prvého prostredia.

V súlade s vlnovou teóriou javu elektromagnetické vlnenie stále preniká do druhého prostredia - šíri sa tam takzvaná „nerovnomerná vlna“, ktorá sa exponenciálne rozpadá a nenesie so sebou energiu. Charakteristická hĺbka prieniku nehomogénnej vlny do druhého prostredia je rádovo vlnovej dĺžky.

Zákony lomu svetla.

Zo všetkého, čo bolo povedané, usudzujeme:
1 . Na rozhraní medzi dvoma médiami s rôznou optickou hustotou mení svetelný lúč pri prechode z jedného média do druhého svoj smer.
2. Keď svetelný lúč prechádza do prostredia s vyššou optickou hustotou, uhol lomu je menší ako uhol dopadu; Keď svetelný lúč prechádza z opticky hustejšieho prostredia do prostredia s menšou hustotou, uhol lomu je väčší ako uhol dopadu.
Lom svetla je sprevádzaný odrazom a so zvyšovaním uhla dopadu sa zvyšuje jas odrazeného lúča a lomený lúč slabne. To je možné vidieť vykonaním experimentu znázorneného na obrázku. V dôsledku toho odrazený lúč nesie so sebou viac svetelnej energie, čím väčší je uhol dopadu.

Nechaj MN- rozhranie medzi dvoma priehľadnými médiami, napríklad vzduchom a vodou, JSC- dopadajúci lúč, OB- lomený lúč, - uhol dopadu, - uhol lomu, - rýchlosť šírenia svetla v prvom prostredí, - rýchlosť šírenia svetla v druhom prostredí.

Prejdime k podrobnejšej úvahe o indexe lomu, ktorý sme zaviedli v §81 pri formulovaní zákona lomu.

Index lomu závisí od optických vlastností prostredia, z ktorého lúč dopadá, ako aj od média, do ktorého preniká. Index lomu získaný pri dopade svetla z vákua na akékoľvek 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

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

Prostredie s vyšším indexom lomu sa nazýva 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 rôzne látky vzhľadom na vzduch

Index lomu závisí od vlnovej dĺžky svetla, teda od jeho farby. Rôzne farby zodpovedajú rôznym indexom lomu. Tento jav, nazývaný disperzia, zohráva 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 si, 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 zákon lomu pri . Táto formálna podobnosť zákonov odrazu a lomu je veľkým prínosom pri riešení praktických problémov.

V predchádzajúcej prezentácii mal index lomu význam konštanty média, nezávisle od intenzity svetla, ktoré ním prechádza. Táto interpretácia indexu lomu je celkom prirodzená, ale v prípade vysokých intenzít žiarenia, dosiahnuteľných pomocou moderných laserov, nie je opodstatnená. Vlastnosti prostredia, ktorým prechádza silné svetelné žiarenie, závisia v tomto prípade od jeho intenzity. Ako sa hovorí, prostredie 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 to nelineárny index lomu a je to faktor proporcionality. Dodatočný výraz v tomto vzorci môže byť kladný alebo záporný.

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

Uvažujme médium s kladným nelineárnym indexom lomu. V tomto prípade sú oblasti so zvýšenou intenzitou svetla súčasne oblasťami so zvýšeným indexom lomu. V skutočnom laserovom žiarení je distribúcia intenzity v priereze lúča lúčov nerovnomerná: intenzita je maximálna pozdĺž osi a plynule klesá smerom k okrajom lúča, ako je znázornené na obr. 185 pevných kriviek. Podobná distribúcia popisuje aj zmenu indexu lomu naprieč prierezom bunky s nelineárnym prostredím pozdĺž osi, ktorou sa laserový lúč šíri. Index lomu, ktorý je najväčší pozdĺž osi kyvety, plynule klesá smerom k jej stenám (prerušované krivky na obr. 185).

Lúč lúčov opúšťajúcich laser rovnobežne s osou, vstupujúci do prostredia s premenlivým indexom lomu, je vychýlený v smere, kde je väčší. Preto zvýšená intenzita v blízkosti kyvety vedie ku koncentrácii svetelných lúčov v tejto oblasti, schematicky znázornenej v rezoch a na obr. 185, čo vedie k ďalšiemu zvýšeniu. V konečnom dôsledku je efektívny prierez svetelného lúča prechádzajúceho cez nelineárne médium výrazne znížený. Svetlo prechádza ako keby cez úzky kanál s zvýšená sadzba lom. Laserový lúč lúčov je teda zúžený a nelineárne médium pod vplyvom intenzívneho žiarenia pôsobí ako zberná 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 lúčov pri vstupe do kyvety (a), blízko vstupného konca (), v strede (), blízko výstupného konca kyvety ( )

Stanovenie indexu lomu priehľadných pevných látok

A tekutiny

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

Cieľ práce: určiť indexy lomu skla a kvapalín.

Stanovenie indexu lomu skla pomocou mikroskopu

Na určenie indexu lomu priehľadného pevný Použitá je planparalelná doska z tohto materiálu zn.

Značka pozostáva z dvoch na seba kolmých ryh, z ktorých jeden (A) je aplikovaný na spodok a druhý (B) je aplikovaný na horný povrch dosky. Platňa je osvetlená monochromatickým svetlom a pozorovaná cez mikroskop. Zapnuté
ryža. Obrázok 4.7 znázorňuje prierez skúmanou platňou s vertikálnou rovinou.

Lúče AD a AE sa po refrakcii na rozhraní sklo-vzduch pohybujú v smeroch DD1 a EE1 a vstupujú do šošovky 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 bod A javí ako umiestnený v bode C. Nájdite vzťah medzi indexom lomu n materiálu dosky, hrúbkou d a zdanlivou hrúbkou d1 dosky.

4.7 je zrejmé, že VD = VСtgi, BD = АВtgr, odkiaľ

tgi/tgr = AB/BC,

kde AB = d – hrúbka plechu; 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, dostaneme

Meranie d/d1 sa uskutočňuje pomocou mikroskopu.

Optická konštrukcia mikroskopu pozostáva z dvoch systémov: pozorovacieho systému, ktorý zahŕňa šošovku a okulár namontovaný v tubuse, a osvetľovacieho systému, pozostávajúceho zo zrkadla a odnímateľného filtra. Obraz sa zaostruje otáčaním rukovätí umiestnených na oboch stranách tubusu.

Na osi pravej rukoväte je namontovaný kotúč s číselníkom.

Odčítanie b pozdĺž číselníka vzhľadom na pevný ukazovateľ určuje vzdialenosť h od šošovky k stolíku mikroskopu:

Koeficient k udáva, do akej výšky sa pohybuje tubus mikroskopu, keď je rukoväť otočená o 1°.

Priemer šošovky v tomto nastavení je malý v porovnaní so vzdialenosťou h, takže extrémny lúč, ktorý vstupuje do šošovky, 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. Umiestnite platňu na stolík mikroskopu tak, aby priesečník čiar A a B (pozri obr.

Index lomu

4.7) bol v dohľade.

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

3. Pri pohľade cez okulár otáčajte rukoväťou tak, aby sa tubus mikroskopu hladko spúšťal, až kým nebude v zornom poli viditeľný jasný obraz škrabanca B aplikovaného na horný povrch platničky. Zaznamenajte hodnotu b1 končatiny, ktorá je úmerná vzdialenosti h1 od šošovky mikroskopu k hornému okraju platne: h1 = kb1 (obr.

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

Vzdialenosti od bodov B a C k šošovke sú rovnaké, pretože ich pozorovateľ 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 platňu 2 pod študovanú platňu 1 (obr. 4.9) a spustite tubus mikroskopu, kým sa šošovka (ľahko) nedotkne študovanej platne. Všimnite si označenie číselníka a1. Vyberte skúmanú platňu a sklopte tubus mikroskopu, kým sa šošovka nedotkne platne 2.

Poznámka čítanie a2.

Šošovka mikroskopu sa potom zníži na výšku rovnajúcu 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 konštrukcia RL refraktometra sú znázornené na obr. 4.10 a 4.11.

Meranie indexu lomu kvapalín pomocou RL refraktometra je založené na fenoméne lomu svetla prechádzajúceho rozhraním medzi dvoma médiami s rôzne ukazovatele lom.

Svetelný lúč (obr.

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

Povrch AA horného osvetľovacieho hranola 3 (obr.

4.12, a) 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 diagonálnej ploche BB spodného hranola 4 pod rozdielnym
uhly i sa pohybujú od nuly do 90°.

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

menej ako 1,540.

Lúč svetla, ktorého uhol dopadu je 90°, sa nazýva pastva.

Klzný lúč, lomený na rozhraní tekutého skla, sa bude pohybovať v hranole 4 pri maximálnom uhle lomu r atď< 90о.

Lom kĺzavého lúča v bode D (pozri obr. 4.12, a) sa riadi zákonom

nst/nl = sinipr/sinrpr (4.11)

alebo nf = nst sinrpr, (4.12)

keďže sinipr = 1.

Na povrchu BC hranola 4 dochádza k opätovnému lomu svetelných lúčov a potom

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/ nst, (4,13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a , (4.14)

kde a je lámavý lúč hranola 4.

Spoločným riešením sústavy rovníc (4.12), (4.13), (4.14) môžeme získať vzorec, ktorý dáva do vzťahu index lomu nj skúmanej kvapaliny s hraničným uhlom lomu r'pr lúča vychádzajúceho z hranola. 4:

Ak je ďalekohľad umiestnený v dráhe lúčov vychádzajúcich z hranola 4, potom bude spodná časť jeho zorného poľa osvetlená a horná časť bude tmavá. Rozhranie medzi svetlým a tmavým poľom tvoria lúče s maximálnym 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 nf skúmanej kvapaliny, pretože nst a a sú v tomto zariadení konštantné hodnoty.

Keď poznáte nst, a a r¢pr, môžete vypočítať nl pomocou vzorca (4.15). V praxi sa na kalibráciu stupnice refraktometra používa vzorec (4.15).

Na mierku 9 (pozri.

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

Pohybom okuláru spolu s platňou 8 pozdĺž stupnice je možné zarovnať značku s rozhraním medzi tmavým a svetlým zorným poľom.

Delenie stupnice 9, zhodné so značkou, udáva hodnotu indexu lomu nl skúmanej kvapaliny. Šošovka 6 a okulár 10 - 11 tvoria ďalekohľad.

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

V dôsledku rozptylu skla a skúmanej kvapaliny sa namiesto jasnej hranice medzi tmavými a svetlými poľami pri pozorovaní v bielom svetle získa dúhový pás. Aby sa eliminoval tento efekt, je pred šošovkou ďalekohľadu inštalovaný disperzný kompenzátor 5. 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 lд =5893 Å bez lomu. Ak je na dráhe farebných lúčov nainštalovaný kompenzačný hranol tak, že jeho rozptyl je rovnaký čo do veľkosti, ale opačného znamienka ako rozptyl meracieho hranola a kvapaliny, potom bude celkový rozptyl nulový. V tomto prípade bude lúč svetelných lúčov zhromažďovaný do bieleho lúča, ktorého smer sa zhoduje so smerom obmedzujúceho žltého lúča.

Keď sa teda kompenzačný hranol otáča, farebný nádych sa eliminuje. Spoločne s hranolom 5 sa disperzný kotúč 12 otáča voči stacionárnemu ukazovateľu (pozri obr. 4.10). Uhol otáčania Z končatiny umožňuje posúdiť hodnotu priemerného rozptylu skúmanej kvapaliny.

Stupnica číselníka musí byť odstupňovaná. Súčasťou inštalácie je plán.

Zákazka

1. Zdvihnite hranol 3, kvapnite 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. Otáčaním rukoväte 12 kompenzátora 5 zničte farbu rozhrania medzi zornými poľami.

Pohybom okuláru pozdĺž stupnice zarovnajte značku (—-) s okrajom tmavého a svetlého poľa a zapíšte si hodnotu indikátora kvapaliny.

6. Preskúmajte navrhovaný súbor kvapalín a vyhodnoťte chybu merania.

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

Kontrolné otázky

možnosť 1

Definujte absolútne a relatívne indexy lomu média.

2. Nakreslite dráhu lúčov cez rozhranie medzi dvoma médiami (n2> n1 a n2< n1).

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

4. Úloha. Hraničný uhol celkového vnútorného odrazu pre určitú látku 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 bez toho, aby na hladinu dopadol lúč zo žiarovky.

Odpoveď: R = 11,3 m.

INDEX LOMU, alebo INDEX LOMU, je abstraktné číslo charakterizujúce refrakčnú silu priehľadného média. Označuje sa index lomu latinské písmenoπ 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 prázdnote k rýchlosti svetla v danom priehľadnom prostredí: n = c/νλ z prázdnoty 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 tzv.

e ukazuje, koľkokrát sa rýchlosť šírenia svetla spomalí, keď sa zmení jeho index lomu, ktorý je určený pomerom sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu pri prechode lúča z prostredia jednej 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 2 presahuje len v ojedinelých prípadoch.

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

Preto je písmenu p priradený index, ktorý označuje, ku ktorej vlnovej dĺžke indikátor patrí.

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

Sklenená ťažká korunka - 1, 61 26

Flintové sklo - 1,6164

Sirouhlík - 1,629

Sklenený ťažký kremeň - 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 biele svetlo, pri prechode cez refrakčné časti - šošovky, hranoly a pod.

Laboratórna práca 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, rozloží sa na jednotlivé 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 = 589,3 nm (priemerná vlnová dĺžka 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 určený nD.

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

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

e.
,Kde — koeficient rozptylu alebo Abbeho číslo.

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

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

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

Schematický diagram zariadenia je znázornený na obr. 1.

Testovaná kvapalina sa umiestni medzi dve strany hranola 1 a 2. Hranol 2 s dobre vylešteným okrajom AB je merací, a hranol 1 s matným okrajom A1 IN1 - osvetlenie. Lúče zo zdroja svetla dopadajú na okraj A1 S1 , lámať, spadnúť na matný povrch A1 IN1 a sú rozptýlené týmto povrchom.

Potom prechádzajú cez vrstvu skúmanej kvapaliny a dostanú sa 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.

e. 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.

Predmetné zariadenie skúma kvapaliny, index lomu čo je menej ako index lomu hranol 2, teda do hranola budú vnikať lúče všetkých smerov lámané na hranici kvapaliny a skla.

Je zrejmé, že časť hranola zodpovedajúca lúčom, ktoré neprešli, bude stmavená. Cez ďalekohľad 4, umiestnený v dráhe lúčov vystupujúcich z hranola, možno pozorovať rozdelenie zorného poľa na svetlé a tmavé časti.

Otáčaním sústavy hranolov 1-2 sa rozhranie medzi svetlým a tmavým poľom vyrovnáva s krížom závitov okuláru ďalekohľadu. Na sústavu hranolov 1-2 je napojená stupnica, ktorá je kalibrovaná v hodnotách indexu lomu.

Stupnica je umiestnená v spodnej časti zorného poľa potrubia a pri kombinácii 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 (Amichiho hranoly).

Hranoly sa môžu otáčať súčasne v rôznych smeroch pomocou presného rotačného mechanického zariadenia, čím sa mení vlastná disperzia kompenzátora a eliminuje sa zafarbenie okraja zorného poľa pozorovaného cez optický systém 4. S kompenzátorom je spojený bubon so stupnicou, ktorá slúži na určenie parametra disperzie, ktorý umožňuje vypočítať priemerný rozptyl látky.

Zákazka

Nastavte prístroj tak, aby svetlo zo zdroja (žiarovky) vchádzalo do osvetľovacieho hranola a rovnomerne osvetľovalo zorné pole.

2. Otvorte merací hranol.

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

Pomocou skrutky prístroja so stupnicou eliminujte zafarbenie zorného poľa a získajte ostrú hranicu medzi svetlom a tieňom. Zarovnajte ho pomocou ďalšej skrutky s referenčným krížom okuláru prístroja. Stanovte index lomu vody pomocou stupnice okuláru s presnosťou na tisíciny.

Porovnajte získané výsledky s referenčnými údajmi pre vodu. Ak rozdiel medzi nameraným indexom lomu a tabuľkovým 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 celým číslom získajte závislosť indikátora; refrakcia na koncentráciu roztoku a vyplňte tabuľku. 1.

stôl 1

Cvičenie. Ako dosiahnuť koncentráciu roztoku rovnajúcu sa 3/4 maxima (počiatočného) samotným riedením?

Vytvorte graf závislosti n=n(C). Ďalšie spracovanie experimentálnych údajov sa vykonáva podľa pokynov učiteľa.

Spracovanie experimentálnych údajov

a) Grafická metóda

Určite z grafu sklon IN, ktorý za experimentálnych podmienok bude charakterizovať rozpustenú látku a rozpúšťadlo.

2. Určte koncentráciu roztoku pomocou grafu NaCl podáva laborant.

b) Analytická metóda

Vypočítajte pomocou metódy najmenších štvorcov A, IN A SB.

Na základe zistených hodnôt A A IN určiť priemer
koncentrácia roztoku NaCl podáva laborant

Kontrolné otázky

Rozptyl svetla. Aký je rozdiel medzi normálnou disperziou a anomálnou disperziou?

2. Čo je to fenomén totálnej vnútornej reflexie?

3. Prečo toto nastavenie nedokáže zmerať index lomu kvapaliny väčší ako index lomu hranola?

4. Prečo hranolová tvár A1 IN1 robia to matne?

Degradácia, Index

Psychologická encyklopédia

Spôsob, ako posúdiť stupeň duševnej degradácie! funkcie merané testom Wechsler-Bellevue. Index je založený na pozorovaní, že niektoré schopnosti merané testom s vekom klesajú, iné nie.

Index

Psychologická encyklopédia

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

Od čoho závisí index lomu látky?

Index

Psychologická encyklopédia

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

Sociabilita, Index

Psychologická encyklopédia

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

Výber, Index

Psychologická encyklopédia

Vzorec na odhadnutie sily konkrétneho testu alebo testovanej položky pri vzájomnom rozlišovaní jednotlivcov.

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 koeficient spoľahlivosti.

Prognóza výkonnosti, Index

Psychologická encyklopédia

Meranie rozsahu, v akom možno znalosti o jednej premennej použiť na predpovede o inej premennej, ak je známa korelácia medzi premennými. 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.

Často sú takéto indexy obmedzené na špecifické jazykové oblasti, napríklad učebnice prvého stupňa, interakcie medzi rodičmi a deťmi. Známe sú však odhady...

Štruktúra tela, index

Psychologická encyklopédia

Eysenckom navrhované meranie tela na základe pomeru výšky k obvodu hrudníka.

Tí, ktorých skóre sa nachádzalo v „normálnom“ rozsahu, sa nazývali mezomorfy, tí v rámci štandardnej odchýlky alebo nadpriemerní sa nazývali leptomorfy a tí, ktorí boli v rámci štandardnej odchýlky alebo...

NA PREDNÁŠKU č.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 fyzikálne metódy analýza s použitím minimálneho množstva 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 média do druhého.

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

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

Hodnota indexu lomu n závisí

1) o zložení látok a systémov,

2) zo skutočnosti v akej koncentrácii a s akými molekulami sa svetelný lúč na svojej ceste stretáva, pretože

molekuly vystavené svetlu rôzne látky polarizované inak. 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, s minimálnym časom a množstvom látky.

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

Metóda refraktometria sa používa na kontrolu pravosti a čistoty, na identifikáciu jednotlivých látok, na stanovenie štruktúry organických a anorganické zlúčeniny pri štúdiu riešení.

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

Fyzikálny základ metódy

INDEX LOMU.

Odchýlka svetelného lúča od jeho pôvodného smeru pri prechode z jedného média do druhého je tým väčšia väčší rozdiel v rýchlosti šírenia svetla v dvoch

tieto prostredia.

Uvažujme o lomu svetelného lúča na hranici dvoch priehľadných médií I a II (pozri.

Ryža.). Súhlasíme s tým, že médium II má väčšiu refrakčnú silu, a preto n1 A n2— ukazuje lom zodpovedajúcich médií. Ak médium I nie je vákuum alebo vzduch, potom pomer sin uhla dopadu svetelného lúča k sin uhlu lomu dá hodnotu relatívneho indexu lomu n rel. Hodnota n rel.

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

možno definovať aj ako pomer indexov lomu uvažovaného média.

notrel. = —— = —

Hodnota indexu lomu závisí od

1) povaha látok

Povaha látky je v tomto prípade určená stupňom deformovateľnosti jej molekúl vplyvom 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 od vlnovej dĺžky svetla sa nazýva disperzia.

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

3)teplota , pri ktorej sa meranie vykonáva. Predpokladom na určenie indexu lomu je poddajnosť teplotný režim. Zvyčajne sa stanovenie uskutočňuje pri 20 ± 0,3 °C.

Keď teplota stúpa, index lomu klesá, keď teplota klesá, zvyšuje sa..

Korekcia vplyvov teploty sa vypočíta podľa tohto vzorca:

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

nt – Zbohom index lomu pri danej teplote,

n20-index lomu pri 200C

Vplyv teploty na hodnoty indexov lomu plynov a kvapalín je spojený s hodnotami ich koeficientov objemovej expanzie.

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 veľa vodné roztoky látky, indexy lomu pri rôznych koncentráciách a teplotách sa spoľahlivo merajú a v týchto prípadoch možno použiť referenčné údaje refraktometrických tabuliek.

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

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 indexu lomu roztokov známej koncentrácie.

REFRAKTOMETRE.

Refraktometre sú prístroje používané na meranie indexu lomu.

Existujú 2 typy týchto zariadení: refraktometer typu Abbe a typu Pulfrich. V oboch prípadoch sú merania založené na určení maximálneho uhla lomu. V praxi sa používajú refraktometre rôzne systémy: laboratórne-RL, univerzálne RLU atď.

Index lomu destilovanej vody je n0 = 1,33299, ale prakticky sa tento ukazovateľ považuje za referenčný ako n0 =1,333.

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

Ručný refraktometer

Abbe refraktometer

NA PREDNÁŠKU č.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 s použitím minimálneho množstva 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 média do druhého.

Lom svetla, ako aj absorpcia svetla, je dôsledkom jeho interakcie s médiom. Slovo refraktometria znamená meranie lom svetla, ktorý sa odhaduje hodnotou indexu lomu.

Hodnota indexu lomu n závisí

1) o zložení látok a systémov,

2) zo skutočnosti v akej koncentrácii a s akými molekulami sa svetelný lúč na svojej ceste stretáva, pretože Vplyvom svetla sú molekuly rôznych látok rôzne polarizované. 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, s minimálnym časom a množstvom látky.

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

Metóda refraktometrie sa používa na kontrolu pravosti a čistoty, na identifikáciu jednotlivých látok a 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

INDEX LOMU.

Čím väčší je rozdiel v rýchlosti šírenia svetla v oboch, tým väčšia je odchýlka svetelného lúča od jeho pôvodného smeru pri prechode z jedného média do druhého.

tieto prostredia.

Uvažujme lom svetelného lúča na hranici dvoch priehľadných médií I a II (pozri obr.). Súhlasíme s tým, že médium II má väčšiu refrakčnú silu, a preto n 1 A n 2- ukazuje lom odpovedajúceho média. Ak médium I nie je vákuum alebo vzduch, potom pomer sin uhla dopadu svetelného lúča k sin uhlu lomu dá hodnotu relatívneho indexu lomu n rel. Hodnota n rel. možno definovať aj ako pomer indexov lomu uvažovaného média.

n rel. = ----- = ---

Hodnota indexu lomu závisí od

1) povaha látok

Povaha látky je v tomto prípade určená stupňom deformovateľnosti jej molekúl vplyvom 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 od vlnovej dĺžky svetla sa nazýva disperzia. Čím je vlnová dĺžka kratšia, tým je lom väčší. Preto sa lúče rôznych vlnových dĺžok lámu rôzne.

3)teplota , pri ktorej sa meranie vykonáva. Predpokladom na určenie indexu lomu je dodržiavanie teplotného režimu. Zvyčajne sa stanovenie vykonáva pri 20 ± 0,3 0 C.

Keď teplota stúpa, index lomu klesá, keď teplota klesá, zvyšuje sa..

Korekcia vplyvov teploty sa vypočíta podľa tohto vzorca:

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

n t – Zbohom index lomu pri danej teplote,

n 20 - index lomu pri 20 0 C

Vplyv teploty na hodnoty indexov lomu plynov a kvapalín je spojený s hodnotami ich koeficientov objemovej expanzie. Objem všetkých plynov a kvapalín sa pri zahrievaní zvyšuje, hustota klesá a v dôsledku toho sa indikátor znižuje

Index lomu meraný pri 20 °C a vlnovej dĺžke svetla 589,3 nm je označený indexom n D 20

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 sa spoľahlivo merajú indexy lomu pri rôznych koncentráciách a teplotách a v týchto prípadoch možno použiť referenčné knihy refraktometrických tabuliek. Prax ukazuje, že keď obsah rozpustenej látky nepresahuje 10-20%, spolu s grafickou metódou je v mnohých prípadoch možné použiť lineárna rovnica ako:

n=n o +FC,

n- index lomu roztoku,

č- index lomu čistého rozpúšťadla,

C- koncentrácia rozpustenej látky, %

F-empirický koeficient, ktorého hodnota sa zistí

stanovením indexu lomu roztokov známej koncentrácie.

REFRAKTOMETRE.

Refraktometre sú prístroje používané na meranie indexu lomu. Existujú 2 typy týchto zariadení: refraktometer typu Abbe a typu Pulfrich. V oboch prípadoch sú merania založené na určení maximálneho uhla lomu. V praxi sa používajú refraktometre rôznych systémov: laboratórne-RL, univerzálne RL atď.

Index lomu destilovanej vody je n 0 = 1,33299, ale prakticky sa tento ukazovateľ považuje za referenčný ako n 0 =1,333.

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

Ručný refraktometer

Abbe refraktometer

Na kurze fyziky v 8. ročníku ste sa učili o fenoméne lomu svetla. Teraz viete, že svetlo sú elektromagnetické vlny určitého frekvenčného rozsahu. Na základe poznatkov o povahe svetla môžete 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):

• dopadajúce, lomené a kolmé lúče privádzané 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 „médiom“ vákuum, ktorého absolútna hodnota sa berie ako jednota.

Zákon lomu svetla experimentálne objavil holandský vedec Willebord Snellius v roku 1621. Zákon bol formulovaný v traktáte o optike, ktorý sa našiel v dokumentoch vedca po jeho smrti.

Po Snellovom objave viacerí vedci vyslovili 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 Christiaan Huygens (v roku 1690). K rovnakému výsledku dospeli rôznymi spôsobmi, čo dokazujú

• 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 medzi veličinami zahrnutými v rovnici (3) slúžil ako presvedčivý dôvod na vznik ďalšej formulácie pre definíciu relatívneho indexu lomu:

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

n 21 = 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 pri prechode z jedného média do druhého a n - pri prechode 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 vyšší index lomu. Rýchlosť svetla v médiu a absolútny index lomu sú teda určené vlastnosťami tohto média.

Na základe číselných hodnôt indexov lomu látok je možné porovnávať ich optické hustoty. Napríklad index lomu rôznych typov skla sa pohybuje od 1,470 do 2,040 a index lomu vody je 1,333. To znamená, že sklo je médium opticky hustejšie ako voda.

Obráťme sa na obrázok 142, pomocou ktorého môžeme 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. Za čas 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, prejde kratšiu vzdialenosť. , dosiahne len bod A." V tomto prípade sa takzvaná predná časť vlny AB vo vode otočí o určitý uhol vzhľadom na prednú časť vlny AB vo vzduchu. A vektor rýchlosti (ktorý je vždy kolmý na čelo vlny a zhoduje sa so smerom jej šírenia) sa otáča, približuje sa k priamke OO", kolmej na rozhranie medzi médiami. V tomto prípade uhol lomu β sa ukáže byť menší ako uhol dopadu α ​​Takto dochádza k lomu svetla.

Z obrázku je tiež zrejmé, že pri prechode do iného média a rotácii čela vlny sa mení aj vlnová dĺžka: pri prechode na opticky hustejšie médium sa rýchlosť znižuje, vlnová dĺžka tiež klesá (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 prostredníctvom rýchlosti svetla v médiách?
3. Kde sa svetlo šíri najrýchlejšou rýchlosťou?
4. Čo je fyzická príčina pokles 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 závisí) absolútny index lomu prostredia a rýchlosť svetla v ňom?
6. Povedzte nám, čo znázorňuje obrázok 142.

Cvičenie

Lekcia 25/III-1 Šírenie svetla v rôznych médiách. Lom svetla na rozhraní medzi dvoma médiami.

Učenie nového materiálu.

Doteraz sme uvažovali o šírení svetla v jednom médiu, ako inak – vo vzduchu. Svetlo sa môže šíriť v rôznych médiách: prechádzať z jedného média do druhého; V miestach dopadu sa lúče od povrchu nielen odrážajú, ale ním aj čiastočne prechádzajú. Takéto prechody spôsobujú veľa krásnych a zaujímavých javov.

Zmena smeru šírenia svetla prechádzajúceho hranicou dvoch prostredí sa nazýva lom svetla.

Časť svetelného lúča dopadajúceho na rozhranie medzi dvoma priehľadnými médiami sa odráža a časť prechádza do druhého média. V tomto prípade sa zmení smer svetelného lúča, ktorý prešiel do iného média. Preto sa jav nazýva lom a lúč sa nazýva lomený.

1 – dopadajúci lúč

2 – odrazený lúč

3 – lomený lúč α β

OO 1 – rozhranie medzi dvoma médiami

MN - kolmica O O 1

Uhol tvorený lúčom a kolmicou na rozhranie medzi dvoma médiami, znížený do bodu dopadu lúča, sa nazýva uhol lomu. γ (gama).

Svetlo vo vákuu sa pohybuje rýchlosťou 300 000 km/s. V akomkoľvek médiu je rýchlosť svetla vždy nižšia ako vo vákuu. Preto, keď svetlo prechádza z jedného média do druhého, jeho rýchlosť klesá a to spôsobuje lom svetla. Čím nižšia je rýchlosť šírenia svetla v danom prostredí, tým väčšia je optická hustota tohto prostredia. Napríklad vzduch má vyššiu optickú hustotu ako vákuum, pretože rýchlosť svetla vo vzduchu je o niečo nižšia ako vo vákuu. Optická hustota vody je väčšia ako optická hustota vzduchu, pretože rýchlosť svetla vo vzduchu je väčšia ako vo vode.

Čím viac sa optické hustoty dvoch médií líšia, tým viac sa svetlo láme na ich rozhraní. Čím viac sa rýchlosť svetla mení na rozhraní medzi dvoma médiami, tým viac sa láme.

Pre každú transparentnú látku existuje niečo také dôležité fyzická charakteristika ako index lomu svetla n. Ukazuje, koľkokrát je rýchlosť svetla v danej látke menšia ako vo vákuu.

Index lomu svetla

Látka		Látka		Látka
		Kamenná soľ		Terpentín
		Cédrový olej		Etanol
Glycerol		Plexisklo		Sklo (ľahké)
		Sirouhlík

Pomer medzi uhlom dopadu a uhlom lomu závisí od optickej hustoty každého prostredia. Ak lúč svetla prechádza z média s nižšou optickou hustotou do média s vyššou optickou hustotou, potom bude uhol lomu menší ako uhol dopadu. Ak lúč svetla pochádza z média s vyššou optickou hustotou, potom bude uhol lomu menší ako uhol dopadu. Ak lúč svetla prechádza z prostredia s vyššou optickou hustotou do prostredia s nižšou optickou hustotou, potom je uhol lomu väčší ako uhol dopadu.

To znamená, ak n 1 y; ak n 1 > n 2, potom α<γ.

Zákon lomu svetla :

Dopadajúci lúč, lomený lúč a kolmica na rozhranie medzi dvoma médiami v bode dopadu lúča ležia v rovnakej rovine.

Vzťah medzi uhlom dopadu a uhlom lomu je určený vzorcom.

kde je sínus uhla dopadu a je sínus uhla lomu.

Hodnota sínusov a dotyčníc pre uhly 0 – 900

Stupne			Stupne			Stupne

Zákon lomu svetla prvýkrát sformuloval holandský astronóm a matematik W. Snelius okolo roku 1626, profesor na univerzite v Leidene (1613).

Pre 16. storočie bola optika ultramodernou vedou Zo sklenenej gule naplnenej vodou, ktorá sa používala ako šošovka, vznikla lupa. A z toho vynašli ďalekohľad a mikroskop. V tom čase Holandsko potrebovalo ďalekohľady na pozorovanie pobrežia a včasné úteky pred nepriateľmi. Úspešnosť a spoľahlivosť navigácie zabezpečila optika. Preto sa v Holandsku veľa vedcov zaujímalo o optiku. Holanďan Skel Van Rooyen (Snelius) pozoroval, ako sa v zrkadle odráža tenký lúč svetla. Zmeral uhol dopadu a uhol odrazu a stanovil: uhol odrazu sa rovná uhlu dopadu. Tiež vlastní zákony odrazu svetla. Vyvodil zákon lomu svetla.

Zoberme si zákon lomu svetla.

Obsahuje relatívny index lomu druhého média vzhľadom k prvému, v prípade, že druhé má vyššiu optickú hustotu. Ak sa svetlo láme a prechádza prostredím s nižšou optickou hustotou, potom α< γ, тогда

Ak je prvým prostredím vákuum, potom n 1 = 1, potom .

Tento indikátor sa nazýva absolútny index lomu druhého média:

kde je rýchlosť svetla vo vákuu, rýchlosť svetla v danom prostredí.

Dôsledkom lomu svetla v zemskej atmosfére je skutočnosť, že Slnko a hviezdy vidíme o niečo vyššie, ako je ich skutočná poloha. Lom svetla môže vysvetliť vzhľad fatamorgánu, dúhy... fenomén lomu svetla je základom princípu fungovania numerických optických zariadení: mikroskop, ďalekohľad, fotoaparát.