Абсолютен индекс на пречупване

Тази статия разкрива същността на понятието оптика като индекс на пречупване. Дадени са формули за получаване на тази стойност, даден е кратък преглед на приложението на явлението рефракция. електромагнитна вълна.

Възможност за виждане и индекс на рефракция

В зората на раждането на цивилизацията хората задаваха въпроса: как вижда окото? Предполага се, че човек излъчва лъчи, които докосват околните предмети, или, напротив, всички неща излъчват такива лъчи. Отговорът на този въпрос беше даден през седемнадесети век. Той се съдържа в оптиката и е свързан с това, което е индексът на пречупване. Отразявайки се от различни непрозрачни повърхности и пречупвайки се на границата с прозрачни, светлината дава възможност на човека да види.

Светлинен и рефракционен индекс

Нашата планета е обвит в светлината на слънцето. И точно вълновата природа на фотоните е свързана с такова нещо като абсолютния индекс на пречупване. Разпространявайки се във вакуум, фотонът няма препятствия. На планетата светлината отговаря на много различни по-плътни среди: атмосферата (смес от газове), водата, кристалите. Като електромагнитна вълна, фотоните на светлината имат една фазова скорост във вакуум (означена с в ), а в средата друга (означена с v ). Съотношението на първия и втория е това, което се нарича абсолютен индекс на пречупване. Формулата изглежда така: n = c / v.

Фазова скорост

Необходимо е да се даде определение на фазовата скорост на електромагнитната среда. В противен случай е невъзможно да се разбере какво е индексът на пречупване n . Фотонът на светлината е вълна. Така че, тя може да бъде представена като пакет от енергия, който осцилира (представете си сегмент от синусоида). Една фаза е този сегмент от синусоида, който вълна преминава в даден момент (припомнете си, че това е важно за разбирането на такава стойност като индекса на пречупване).

Например, една фаза може да бъде максимум синусоида или някакъв сегмент от неговия наклон. Фазовата скорост на вълната е скоростта, с която се движи тази конкретна фаза. Тъй като дефиницията на индекса на пречупване обяснява, за вакуум и за среда, тези стойности се различават. Освен това всяка среда има своя собствена стойност от тази величина. Всяко прозрачно съединение, независимо от състава му, има индекс на пречупване, различен от всички други вещества.

Абсолютен и относителен коефициент на пречупване

Вече беше показано по-горе, че абсолютната стойност се измерва спрямо вакуума. Въпреки това, с това на нашата планета стегнат: светлината често пада на границата на въздуха и водата или кварц и шпинел. За всяка от тези среди, както вече бе споменато по-горе, неговият индекс на пречупване е различен. Във въздуха фотонът на светлината се движи в една посока и има една фазова скорост (v ₁ ), но като попадне във водата, променя посоката на разпространение и фазовата скорост (v2). И двете посоки обаче лежат в една и съща равнина. Това е много важно за разбирането как образът на заобикалящия свят се формира върху ретината на окото или върху матрицата на камерата. Съотношението на двете абсолютни стойности дава относителния индекс на пречупване. Формулата изглежда така: n ₁₂ = v ₁ / v ₂ .

Ами ако светлината, напротив, излезе от водата и влезе във въздуха? Тогава тази стойност ще се определи по формулата n ₂₁ = v ₂ / v ₁ . Чрез умножаване на относителните индекси на пречупване получаваме n ₂₁ * n ₁₂ = (v ₂ * v ₁ ) / (v ₁ * v ₂ ) = 1. Тази връзка се прилага за всяка двойка носители. Относителният коефициент на пречупване може да се намери от синусите на ъглите на падане и пречупване n ₁₂ = sin ₁ / sin ₂ . Не забравяйте, че ъглите се преброяват от нормалното към повърхността. Под нормално се разбира линия, перпендикулярна на повърхността. Това означава, че ако проблемът даде ъгъл а на падане спрямо самата повърхност, тогава трябва да приемем синуса на (90 - α).

Красотата на рефракционния индекс и неговото приложение

В един спокоен слънчев ден, отблясъците се играят на дъното на езерото. Тъмносиният лед покрива скалата. На една жена, диамантът разпръсква хиляди искри. Тези явления се дължат на факта, че всички граници на прозрачни среди имат относителен индекс на пречупване. В допълнение към естетическото удоволствие, това явление може да се използва за практическо използване.

Ето няколко примера:

• Стъклена леща събира слънчева светлина и подпалва тревата.
• Лазерният лъч се фокусира върху болния орган и отрязва нежеланата тъкан.
• Слънчевата светлина се пречупва върху древен стъклен прозорец, създавайки специална атмосфера.
• Микроскоп увеличава изображенията на много малки части.
• Спектрофотометричните лещи събират лазерна светлина, отразена от повърхността на изследваното вещество. По този начин е възможно да се разбере структурата и след това свойствата на новите материали.
• Има дори фотонен компютърен проект, където информацията ще се предава не от електрони, както сега, а от фотони. За такова устройство определено ще се нуждаят от пречупващи елементи.

дължина на вълната и индекс на пречупване

Но Слънцето ни доставя фотони не само на видимия спектър. Инфрачервените, ултравиолетовите, рентгеновите диапазони не се възприемат от човешкото зрение, а засягат живота ни. Инфрачервените лъчи ни затоплят, UV фотоните йонизират горната атмосфера и позволяват на растенията да произвеждат кислород чрез фотосинтеза.

А коефициентът на пречупване е равен зависи не само от веществата, между които лежи границата, но и от дължината на вълната на падащото лъчение. Какъв вид стойност обикновено е ясна от контекста. Тоест, ако една книга изследва рентгеновите лъчи и нейното въздействие върху човек, тогава n се определя там за този конкретен обхват. Но обикновено означава видимия спектър на електромагнитните вълни, освен ако не е посочено друго.

Индекс на рефракция и отражение

Както стана ясно от горното, говорим за прозрачна среда. Като примери дадохме въздух, вода, диамант. Но какво ще кажете за дърво, гранит, пластмаса? Има ли такова нещо като индекс на пречупване за тях? Отговорът е сложен, но като цяло - да.

На първо място, необходимо е да се вземе предвид каква светлина имаме работа. Онези среди, които са непрозрачни за видими фотони, се прорязват с рентгенови или гама лъчи. Това е, ако всички сме супермени, тогава целият свят около нас ще бъде прозрачен, но в различна степен. Например, стените от бетон не биха били по-плътни от желета, а металните фитинги ще изглеждат като парчета от по-плътни плодове.

За другите елементарни частици, мюоните, нашата планета обикновено е прозрачна през и през. По едно време учените са имали много проблеми, доказващи самия факт на тяхното съществуване. Мионовите милиони ни пронизват всяка секунда, но вероятността от сблъскване на поне една частица с материята е много малка и е много трудно да се оправи. Между другото, скоро Байкал ще се превърне в място за "улов" на мюоните. Неговата дълбока и чиста вода е идеална за това - особено през зимата. Основното нещо е, че сензорите не замръзват. Така индексът на пречупване на бетона например за рентгенови фотони има смисъл. Освен това, облъчването на вещество с рентгенови лъчи е един от най-точните и важни начини за изследване на структурата на кристалите.

Заслужава си да си припомним, че в математически смисъл веществата, които са непрозрачни за даден диапазон, притежават въображаем индекс на пречупване. И накрая, трябва да разберем, че температурата на дадено вещество също може да повлияе на прозрачността.