Bezwzględny współczynnik załamania światła

Artykuł ten ukazuje istotę pojęcia optyki jako wskaźnika refrakcji. Podano wzory do uzyskania tej wartości, podano krótki przegląd zastosowania zjawiska refrakcji. fala elektromagnetyczna.

Zdolność widzenia i indeksowania załamania

U zarania cywilizacji ludzie zadawali pytanie: jak widzi oko? Sugerowano, że osoba emituje promienie, które dotykają otaczających obiektów, lub, przeciwnie, wszystkie rzeczy emitują takie promienie. Odpowiedź na to pytanie została udzielona w XVII wieku. Jest zawarty w optyce i jest powiązany z tym, czym jest współczynnik załamania. Odbijając się od różnych nieprzejrzystych powierzchni i załamując się na granicy z przezroczystymi, światło daje człowiekowi okazję do zobaczenia.

Światło i współczynnik załamania światła

Nasza planeta jest spowita blaskiem słońca. I właśnie fala natury fotonów jest związana z czymś takim, jak absolutny współczynnik załamania. Rozpraszając w próżni foton nie napotyka przeszkód. Na planecie światło spotyka wiele różnych, bardziej gęstych środowisk: atmosferę (mieszaninę gazów), wodę, kryształy. Będąc falą elektromagnetyczną, fotony światła mają jedną próżnię fazową w próżni (oznaczaną jako c ), a w medium inną (oznaczoną jako v ). Stosunek pierwszego i drugiego jest nazywany absolutnym współczynnikiem załamania. Formuła wygląda następująco: n = c / v.

Prędkość fazowa

Konieczne jest podanie definicji prędkości fazowej środowiska elektromagnetycznego. W przeciwnym razie nie można zrozumieć, jaki jest współczynnik załamania n . Foton światła jest falą. Zatem może być reprezentowany jako pakiet energii, który oscyluje (wyobraź sobie odcinek fali sinusoidalnej). Fazą jest ten odcinek fali sinusoidalnej, przez którą przechodzi fala w danym czasie (pamiętaj, że jest to ważne dla zrozumienia takiej wartości jak współczynnik załamania).

Na przykład faza może być maksymalnie sinusoidą lub pewnym odcinkiem jej nachylenia. Prędkość fazowa fali jest prędkością, z którą porusza się ta konkretna faza. Jak wyjaśnia definicja współczynnika załamania, dla próżni i dla ośrodka wartości te różnią się. Co więcej, każde środowisko ma swoją własną wartość tej wielkości. Każdy przezroczysty związek, niezależnie od jego składu, ma współczynnik załamania światła różny od wszystkich innych substancji.

Absolutny i względny współczynnik załamania światła

Powyżej pokazano, że wartość bezwzględna jest mierzona względem próżni. Jednak z tym na naszej planecie mocno: światło często spada na granicy powietrza i wody lub kwarcu i spinelu. Dla każdego z tych mediów, jak już wspomniano powyżej, jego współczynnik załamania jest inny. W powietrzu foton światła przemieszcza się w jednym kierunku i ma jedną prędkość fazową (v ₁ ), ale dostając się do wody, zmienia kierunek propagacji i prędkość fazową (v ₂ ). Jednak oba te kierunki leżą w tej samej płaszczyźnie. Jest to bardzo ważne dla zrozumienia, w jaki sposób obraz otaczającego świata powstaje na siatkówce oka lub na matrycy aparatu. Stosunek dwóch wartości bezwzględnych daje względny współczynnik załamania światła. Formuła wygląda następująco: n ₁₂ = v ₁ / v ₂ .

Ale co, jeśli światło, wręcz przeciwnie, wychodzi z wody i wchodzi w powietrze? Następnie wartość ta zostanie określona wzorem n ₂₁ = v ₂ / v ₁ . Przez pomnożenie względnych współczynników załamania otrzymujemy n ₂₁ * n ₁₂ = (v ₂ * v ₁ ) / (v ₁ * v ₂ ) = 1. Ta relacja dotyczy dowolnej pary nośników. Względny współczynnik załamania można znaleźć na podstawie sinusów kątów padania i załamania n ₁₂ = sin ₁ / sin ₂ . Nie zapominaj, że kąty są liczone od normalnej do powierzchni. Przez normę rozumie się linię prostopadłą do powierzchni. Oznacza to, że jeśli problem daje kąt α padania w stosunku do samej powierzchni, wówczas musimy przyjąć sinus (90 - α).

Piękno współczynnika załamania i jego zastosowanie

W spokojny, słoneczny dzień na dnie jeziora gra blask. Ciemnoniebieski lód pokrywa skałę. Na kobiecej dłoni, diament rozprasza tysiące iskier. Zjawiska te wynikają z faktu, że wszystkie granice przezroczystych mediów mają względny współczynnik załamania światła. Oprócz przyjemności estetycznej zjawisko to można wykorzystać do praktycznego zastosowania.

Oto kilka przykładów:

• Szklana soczewka zbiera wiązkę światła słonecznego i podpala trawę.
• Promień lasera skupia się na chorym narządzie i odcina niechcianą tkankę.
• Światło słoneczne załamuje się na starym szklanym oknie, tworząc wyjątkową atmosferę.
• Mikroskop powiększa obrazy bardzo małych części.
• Soczewki spektrofotometru zbierają światło lasera odbijane od powierzchni badanej substancji. W ten sposób można zrozumieć strukturę, a następnie właściwości nowych materiałów.
• Istnieje nawet projekt komputerowy fotonów, w którym informacje będą przesyłane nie przez elektrony, jak teraz, ale przez fotony. Do takiego urządzenia na pewno będą potrzebne elementy załamujące.

Długość fali i współczynnik załamania światła

Jednak Słońce dostarcza nam fotonów nie tylko o widzialnym spektrum. Zakresy promieniowania podczerwonego, ultrafioletowego i rentgenowskiego nie są postrzegane przez ludzkie widzenie, ale wpływają na nasze życie. Promienie podczerwieni ogrzewają nas, fotony UV zjonizują górną atmosferę i umożliwiają roślinom wytwarzanie tlenu w procesie fotosyntezy.

To, jaki współczynnik załamania jest równy, zależy nie tylko od substancji, pomiędzy którymi leży granica, ale także od długości fali padającego promieniowania. Jaki rodzaj wartości jest zwykle oczywisty z kontekstu. Oznacza to, że jeśli książka bada promieniowanie rentgenowskie i jego wpływ na daną osobę, wówczas n jest ustalany tam dla tego konkretnego zakresu. Ale zazwyczaj oznacza to widzialne spektrum fal elektromagnetycznych, o ile nie wskazano inaczej.

Współczynnik załamania i odbicie

Jak wynika z powyższego, mówimy o przejrzystych środowiskach. Jako przykłady podajemy powietrze, wodę, diament. A co z drewnem, granitem, tworzywem sztucznym? Czy istnieje coś takiego jak indeks refrakcji dla nich? Odpowiedź jest skomplikowana, ale ogólnie - tak.

Przede wszystkim należy wziąć pod uwagę rodzaj światła, z którym mamy do czynienia. Te środowiska, które są nieprzezroczyste dla widzialnych fotonów, są przecinane promieniami X lub gamma. Oznacza to, że gdybyśmy wszyscy byli nadludziami, cały świat wokół nas byłby przezroczysty, ale w różnym stopniu. Na przykład ściany z betonu nie byłyby gęstsze niż galaretki, a metalowe okucia wyglądałyby jak kawałki gęstszych owoców.

W przypadku innych cząstek elementarnych, mionów, nasza planeta jest ogólnie przejrzysta na wskroś. W pewnym momencie naukowcy mieli wiele problemów, udowadniając sam fakt ich istnienia. Miliony Muonów przebijają nas co sekundę, ale prawdopodobieństwo zderzenia co najmniej jednej cząstki z materią jest bardzo małe i bardzo trudno jest to naprawić. A tak przy okazji, wkrótce Baikal stanie się miejscem do "łapania" mionów. Jego głębokie i czyste wody są idealne do tego - szczególnie w zimie. Najważniejsze, że czujniki nie zamarzają. Zatem współczynnik załamania światła betonu, na przykład dla fotonów rentgenowskich, ma sens. Co więcej, napromieniowanie substancji promieniami rentgenowskimi jest jednym z najdokładniejszych i najdokładniejszych sposobów badania struktury kryształów.

Warto również pamiętać, że w sensie matematycznym substancje nieprzezroczyste dla danego zakresu mają wyimaginowany współczynnik załamania. Wreszcie, musimy zrozumieć, że temperatura substancji może również wpływać na jej przezroczystość.