Işık doğası gereği farklı ortamlarda farklı hızlarda hareket eder. Ortam ne kadar yoğun olursa, ışığın yayılma hızı da o kadar düşük olur. Hem malzemenin yoğunluğuna, hem de bu malzemedeki ışığın yayılma hızına ilişkin uygun bir ölçüm oluşturulmuştur. Bu ölçüme kırılma indisi adı verildi. Herhangi bir malzeme için kırılma indisi, ışığın boşluktaki hızına göre ölçülür (vakum genellikle boş alan olarak adlandırılır). Aşağıdaki formül bu ilişkiyi açıklamaktadır.

Bir malzemenin kırılma indisi ne kadar yüksekse o kadar yoğundur. Bir ışık ışını bir malzemeden diğerine (farklı bir kırılma indisine sahip) geçtiğinde, kırılma açısı geliş açısından farklı olacaktır. Kırılma indisi daha düşük olan bir ortama giren ışık ışını, gelme açısından daha büyük bir açıyla dışarı çıkacaktır. Kırılma indisi yüksek bir ortama giren ışık ışını, gelme açısından daha küçük bir açıyla dışarı çıkacaktır. Bu, şekilde gösterilmiştir. 3.5.

Pirinç. 3.5.a. Yüksek N 1 ortamından düşük N 2 ortamına geçen ışın

Pirinç. 3.5.b. Düşük N1 ortamından yüksek N2 ortamına geçen ışın

Bu durumda θ 1 geliş açısı, θ 2 ise kırılma açısıdır. Bazı tipik kırılma indisleri aşağıda listelenmiştir.

X-ışınları için camın kırılma indisinin her zaman havanınkinden daha az olması ilginçtir, bu nedenle havadan cama geçerken ışık ışınları gibi dike doğru değil dikten uzağa doğru saparlar.

Laboratuvar işi

Işık kırılması. Bir sıvının kırılma indisinin ölçülmesi

refraktometre kullanma

İşin amacı: ışığın kırılması olgusunun anlaşılmasının derinleştirilmesi; sıvı ortamın kırılma indeksini ölçmeye yönelik yöntemlerin incelenmesi; Refraktometre ile çalışma prensibinin incelenmesi.

Teçhizat: Refraktometre, sodyum klorür solüsyonları, pipet, aletlerin optik kısımlarını silmek için yumuşak bez.

Teori

Işığın yansıma ve kırılma kanunları. Kırılma indisi.

Ortamlar arasındaki arayüzde ışık yayılma yönünü değiştirir. Işık enerjisinin bir kısmı birinci ortama geri döner, yani. ışık yansıtılır. İkinci ortam şeffafsa, belirli koşullar altında ışığın bir kısmı ortamlar arasındaki arayüzden geçerek genellikle yayılma yönünü değiştirir. Bu olaya ışığın kırılması denir (Şekil 1).

Pirinç. 1. Işığın iki ortam arasındaki düz bir arayüzde yansıması ve kırılması.

Işık, iki şeffaf ortam arasındaki düz bir arayüzden geçtiğinde yansıyan ve kırılan ışınların yönü, ışığın yansıma ve kırılma yasaları tarafından belirlenir.

Işığın yansıması kanunu. Yansıyan ışın, gelen ışınla aynı düzlemde bulunur ve normal, geliş noktasında ortamın ayrılma düzlemine geri döner. Geliş açısı yansıma açısına eşit
.

Işığın kırılma kanunu. Kırılan ışın, gelen ışınla aynı düzlemde bulunur ve normal, geliş noktasında ortamın ayrılma düzlemine geri döner. Geliş açısı sinüs oranı α kırılma açısının sinüsüne β bu iki ortam için, ikinci ortamın birinciye göre göreceli kırılma indisi adı verilen sabit bir değer vardır:

Bağıl kırılma indeksi iki ortam, birinci ortam v1'deki ışığın hızının ikinci ortam v2'deki ışık hızına oranına eşittir:

Işık bir boşluktan bir ortama geliyorsa, ortamın boşluğa göre kırılma indisine bu ortamın mutlak kırılma indisi denir ve ışığın boşluktaki hızının oranına eşittir. İle Belirli bir ortamdaki ışığın hızına:

Mutlak kırılma indisleri her zaman birden büyüktür; hava için N biri olarak alınır.

İki ortamın bağıl kırılma indeksi, mutlak indeksleri cinsinden ifade edilebilir. N 1 Ve N 2 :

Bir sıvının kırılma indisinin belirlenmesi

Sıvıların kırılma indeksini hızlı ve rahat bir şekilde belirlemek için, ana kısmı iki prizma olan özel optik aletler - refraktometreler vardır (Şekil 2): ​​yardımcı Vesaire. 1 ve ölçüm Pr.2. Test edilecek sıvı prizmalar arasındaki boşluğa dökülür.

Göstergeleri ölçerken iki yöntem kullanılabilir: sıyırıcı ışın yöntemi (şeffaf sıvılar için) ve toplam iç yansıma yöntemi (koyu, bulanık ve renkli çözeltiler için). Bu çalışmada bunlardan ilki kullanılmıştır.

Otlatmalı ışın yönteminde, harici bir kaynaktan gelen ışık yüzeyden geçer. AB prizmalar 1. Proje, mat yüzeyinde dağılır AC ve daha sonra incelenen sıvının katmanından prizmaya nüfuz eder Pr.2. Mat yüzey her yönden ışın kaynağı haline gelir, böylece kenardan gözlemlenebilir eF prizmalar Pr.2. Ancak kenar AC aracılığıyla görülebilir eF yalnızca belirli bir minimum açıdan daha büyük bir açıda Ben. Bu açının büyüklüğü, refraktometrenin tasarımının arkasındaki ana fikir olan prizmalar arasında bulunan sıvının kırılma indisi ile benzersiz bir şekilde ilişkilidir.

Işığın yüzden geçişini düşünün EF alt ölçüm prizması Pr.2. Olarak Şekil l'de görülebilir. 2, ışığın kırılma yasasını iki kez uygulayarak iki ilişki elde edebiliriz:

(1)

(2)

Bu denklem sistemini çözerek sıvının kırılma indisinin olduğu sonucuna varmak kolaydır.

(3)

dört büyüklüğe bağlıdır: Q, R, R 1 Ve Ben. Ancak hepsi bağımsız değildir. Örneğin,

R+ S= R , (4)

Nerede R - prizmanın kırılma açısı Proje 2. Ayrıca açıyı ayarlayarak Q maksimum değer 90°'dir, denklem (1)'den şunu elde ederiz:

(5)

Ancak maksimum açı değeri R , Olarak Şekil l'de görülebilir. 2 ve ilişkiler (3) ve (4), minimum açı değerlerine karşılık gelir Ben Ve R 1 , onlar. Ben dk. Ve R dk. .

Bu nedenle, bir sıvının "otlayan" ışınlar durumunda kırılma indisi yalnızca açıyla ilişkilidir. Ben. Bu durumda minimum açı değeri vardır. Ben, kenar ne zaman AC hala görülebilmektedir, yani görüş alanında ayna beyazı görünmektedir. Daha küçük görüş açıları için kenar görünmez ve görüş alanında bu yer siyah görünür. Cihazın teleskopu nispeten geniş bir açısal bölgeyi yakaladığından, görüş alanında açık ve siyah alanlar aynı anda gözlemlenir; bu alanlar arasındaki sınır, minimum gözlem açısına karşılık gelir ve benzersiz bir şekilde sıvının kırılma indisine bağlıdır. Son hesaplama formülünü kullanarak:

(sonucu çıkarılmıştır) ve bilinen kırılma indislerine sahip bir dizi sıvı, cihazı kalibre edebilir, yani sıvıların kırılma indisleri ile açılar arasında benzersiz bir yazışma kurabilirsiniz. Ben dk. . Verilen tüm formüller belirli bir dalga boyundaki ışınlar için türetilmiştir.

Prizmanın dağılımı dikkate alınarak farklı dalga boylarındaki ışık kırılacaktır. Böylece prizma beyaz ışıkla aydınlatıldığında dispersiyon nedeniyle arayüz bulanıklaşacak ve farklı renklerde renklenecektir. Bu nedenle her refraktometrede dispersiyon sonucunu ortadan kaldıran bir kompansatör bulunur. Bir veya iki doğrudan görüş prizmasından (Amici prizmaları) oluşabilir. Her Amici prizması, farklı kırılma indisleri ve farklı dağılımlara sahip üç cam prizmadan oluşur; örneğin, dış prizmalar taç camdan, ortadaki prizma ise çakmaktaşı camdan yapılmıştır (taç camı ve çakmaktaşı cam cam türleridir). Özel bir cihaz kullanılarak kompansatör prizmasının döndürülmesiyle, konumu sarı sodyum çizgisinin kırılma indeksi değerine karşılık gelen arayüzün keskin, renksiz bir görüntüsü elde edilir. λ =5893 Å (prizmalar, dalga boyu 5893 Å olan ışınlar sapmaya maruz kalmayacak şekilde tasarlanmıştır).

Kompansatörden geçen ışınlar teleskopun merceğine girer, ardından ters prizmadan geçerek teleskopun göz merceğinden geçerek gözlemcinin gözüne ulaşır. Işınların şematik yolu Şekil 2'de gösterilmektedir. 3.

Refraktometre ölçeği, kırılma indeksi değerlerinde ve sudaki sakaroz çözeltisinin konsantrasyonunda kalibre edilir ve göz merceğinin odak düzleminde bulunur.

deneysel bölüm

Görev 1. Refraktometrenin kontrol edilmesi.

Işığı bir ayna kullanarak refraktometrenin yardımcı prizmasına yönlendirin. Yardımcı prizma yükseltilmiş haldeyken ölçüm prizmasına birkaç damla damıtılmış su pipetleyin. Yardımcı prizmayı indirerek görüş alanının en iyi şekilde aydınlatılmasını sağlayın ve göz merceğini, artı işareti ve kırılma indeksi ölçeği açıkça görülebilecek şekilde ayarlayın. Ölçüm prizmasının kamerasını döndürerek görüş alanındaki ışık ve gölge sınırını elde edersiniz. Işık ve gölge arasındaki sınırın rengi ortadan kalkana kadar kompansatör başlığını döndürün. Işık ve gölge sınırını artı işareti noktasıyla hizalayın ve suyun kırılma indeksini ölçün N değiştirmek . Refraktometre düzgün çalışıyorsa, damıtılmış su için değer şu şekilde olmalıdır: N 0 = 1.333, okunan değer bu değerden farklıysa düzeltme yapılması gerekir Δn= N değiştirmek - 1.333, refraktometre ile daha fazla çalışırken bu dikkate alınmalıdır. Lütfen Tablo 1'de düzeltmeler yapın.

Tablo 1.

Görev 2. Bir sıvının kırılma indeksinin belirlenmesi.

Bulunan düzeltmeyi dikkate alarak, bilinen konsantrasyonlardaki çözeltilerin kırılma indislerini belirleyin.

Tablo 2.

Elde edilen sonuçlara göre sofra tuzu çözeltilerinin kırılma indeksinin konsantrasyona bağımlılığının bir grafiğini çizin. N'nin C'ye bağımlılığı hakkında bir sonuç çıkarın; Bir refraktometre kullanarak ölçümlerin doğruluğu hakkında sonuçlar çıkarmak.

Bilinmeyen konsantrasyonda bir tuz çözeltisi alın İLE X , kırılma indisini belirleyin ve çözeltinin konsantrasyonunu bulmak için grafiği kullanın.

Çalışma alanını temizleyin ve refraktometre prizmalarını nemli, temiz bir bezle dikkatlice silin.

Kontrol soruları

Işığın yansıması ve kırılması.

Ortamın mutlak ve bağıl kırılma indisleri.

Refraktometrenin çalışma prensibi. Kayan kiriş yöntemi.

Bir prizmadaki ışınların şematik yolu. Kompanzatör prizmalarına neden ihtiyaç duyulur?

Işığın yayılması, yansıması ve kırılması

Işığın doğası elektromanyetiktir. Bunun bir kanıtı, elektromanyetik dalgaların ve ışığın boşluktaki hızlarının çakışmasıdır.

Homojen bir ortamda ışık düz bir çizgide yayılır. Bu ifadeye ışığın doğrusal yayılımı yasası denir. Bu yasanın deneysel bir kanıtı, noktasal ışık kaynaklarının oluşturduğu keskin gölgelerdir.

Işığın yayılma yönünü gösteren geometrik çizgiye ışık ışını denir. İzotropik bir ortamda ışık ışınları dalga cephesine dik olarak yönlendirilir.

Ortamda aynı fazda salınan noktaların geometrik konumuna dalga yüzeyi, salınımın belirli bir zamanda ulaştığı noktalar kümesine de dalga cephesi adı verilir. Dalga cephesinin türüne bağlı olarak düzlem ve küresel dalgalar ayırt edilir.

Işığın yayılma sürecini açıklamak için, Hollandalı fizikçi H. Huygens tarafından önerilen, dalga cephesinin uzaydaki hareketine ilişkin dalga teorisinin genel prensibi kullanılır. Huygens ilkesine göre ortamdaki ışık uyarımının ulaştığı her nokta, yine ışık hızında yayılan küresel ikincil dalgaların merkezidir. Bu ikincil dalgaların cephelerini çevreleyen yüzey, o anda fiilen yayılan dalganın ön tarafının konumunu verir.

Işık ışınları ile ışık ışınları arasında ayrım yapmak gerekir. Işık demeti, ışık enerjisini belirli bir yönde taşıyan ışık dalgasının bir parçasıdır. Bir ışık ışınını onu tanımlayan bir ışık ışınıyla değiştirirken, ikincisi yeterince dar, ancak aynı zamanda sınırlı bir genişliğe sahip (kesitsel boyutlar dalga boyundan çok daha büyük) bir ışığın ekseniyle çakışacak şekilde alınmalıdır. ışın.

Iraksak, yakınsak ve yarı paralel ışık ışınları vardır. Işık ışınları demeti veya sadece ışık ışınları terimleri sıklıkla kullanılır; bu, gerçek bir ışık ışınını tanımlayan bir dizi ışık ışınını ifade eder.

Işığın boşluktaki hızı c = 3 108 m/s evrensel bir sabittir ve frekansa bağlı değildir. Işık hızı ilk kez Danimarkalı bilim adamı O. Roemer tarafından astronomik yöntemle deneysel olarak belirlendi. Daha doğrusu ışığın hızı A. Michelson tarafından ölçülmüştür.

Maddede ışığın hızı boşluktakinden daha düşüktür. Işığın boşluktaki hızının belirli bir ortamdaki hızına oranına ortamın mutlak kırılma indisi denir:

burada c ışığın boşluktaki hızıdır, v ise ışığın belirli bir ortamdaki hızıdır. Tüm maddelerin mutlak kırılma indisleri birden büyüktür.

Işık bir ortamda yayıldığında emilir ve saçılır ve ortamlar arasındaki arayüzde yansıtılır ve kırılır.

Işık yansıması yasası: gelen ışın, yansıyan ışın ve ışının geliş noktasında restore edilen iki ortam arasındaki arayüze dik olan aynı düzlemde uzanır; yansıma açısı g, geliş açısı a'ya eşittir (Şekil 1). Bu yasa, her türlü dalganın yansıma yasasıyla örtüşür ve Huygens ilkesinin bir sonucu olarak elde edilebilir.

Işığın kırılma yasası: Gelen ışın, kırılan ışın ve ışının geliş noktasında restore edilen iki ortam arasındaki arayüze dik olan aynı düzlemde bulunur; Belirli bir ışık frekansı için geliş açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı, birinciye göre ikinci ortamın bağıl kırılma indisi adı verilen sabit bir değerdir:

Deneysel olarak oluşturulan ışık kırılma yasası Huygens ilkesine dayanarak açıklanmaktadır. Dalga kavramlarına göre kırılma, bir ortamdan diğerine geçerken dalga yayılma hızındaki değişikliklerin bir sonucudur ve bağıl kırılma indisinin fiziksel anlamı, dalgaların birinci ortamdaki yayılma hızının v1'e oranıdır. ikinci ortamda yayılma hızı

Mutlak kırılma indeksleri n1 ve n2 olan ortamlar için, ikinci ortamın birinciye göre göreceli kırılma indeksi, ikinci ortamın mutlak kırılma indeksinin birinci ortamın mutlak kırılma indeksine oranına eşittir:

Kırılma indisi daha yüksek olan ortama optik olarak daha yoğun denir, içindeki ışığın yayılma hızı daha düşüktür. Işık optik olarak daha yoğun bir ortamdan optik olarak daha az yoğun bir ortama geçerse, belirli bir a0 geliş açısında kırılma açısı p/2'ye eşit olmalıdır. Bu durumda kırılan ışının yoğunluğu sıfıra eşit olur. İki ortam arasındaki arayüze düşen ışık tamamen buradan yansıtılır.

Işığın toplam iç yansımasının meydana geldiği geliş açısı a0, toplam iç yansımanın sınır açısı olarak adlandırılır. a0'a eşit ve daha büyük tüm geliş açılarında, ışığın toplam yansıması meydana gelir.

Sınırlama açısının değeri ilişkiden bulunur. Eğer n2 = 1 (vakum) ise, o zaman

2 Bir maddenin kırılma indisi, ışığın (elektromanyetik dalgalar) vakumdaki ve belirli bir ortamdaki faz hızlarının oranına eşit bir değerdir. Ayrıca ses gibi diğer dalgaların kırılma indisinden de bahsederler.

Kırılma indisi, maddenin özelliklerine ve radyasyonun dalga boyuna bağlıdır; bazı maddeler için, elektromanyetik dalgaların frekansı düşük frekanslardan optik ve ötesine değiştiğinde kırılma indisi oldukça güçlü bir şekilde değişir ve ayrıca daha da keskin bir şekilde değişebilir. frekans ölçeğinin belirli alanları. Varsayılan genellikle optik aralığa veya bağlama göre belirlenen aralığa karşılık gelir.

Kırılma indisinin ışığın yönüne ve polarizasyonuna bağlı olduğu optik olarak anizotropik maddeler vardır. Bu tür maddeler oldukça yaygındır, özellikle hepsi kristal kafesin oldukça düşük simetrisine sahip kristallerin yanı sıra mekanik deformasyona maruz kalan maddelerdir.

Kırılma indisi ortamın manyetik ve dielektrik sabitlerinin çarpımının kökü olarak ifade edilebilir.

(İlgi konusu frekans aralığı için (örneğin optik) manyetik geçirgenlik ve mutlak dielektrik sabiti değerlerinin, bu değerlerin statik değerinden çok farklı olabileceği dikkate alınmalıdır).

Kırılma indeksini ölçmek için manuel ve otomatik refraktometreler kullanılır. Sulu bir çözeltideki şeker konsantrasyonunu belirlemek için bir refraktometre kullanıldığında, cihaza sakarimetre adı verilir.

Işın A ortamından B ortamına geçtiğinde ışının geliş açısının sinüsünün () kırılma açısının sinüsüne () oranına bu ortam çifti için bağıl kırılma indisi denir.

n miktarı, B ortamının A ortamına göre bağıl kırılma indisidir, аn" = 1/n ise A ortamının B ortamına göre bağıl kırılma indisidir.

Bu değer, diğer şeyler eşit olmak üzere, bir ışın daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama geçtiğinde genellikle birden az olur ve bir ışın daha az yoğun bir ortamdan daha yoğun bir ortama geçerken birden fazla olur (örneğin, gaza veya vakumdan sıvıya veya katıya). Bu kuralın istisnaları vardır ve bu nedenle bir ortamı diğerinden optik olarak daha fazla veya daha az yoğun olarak adlandırmak gelenekseldir (bir ortamın opaklığının bir ölçüsü olan optik yoğunlukla karıştırılmamalıdır).

Havasız uzaydan bir B ortamının yüzeyine düşen bir ışın, başka bir A ortamından üzerine düştüğünden daha güçlü bir şekilde kırılır; Havasız uzaydan bir ortama gelen ışının kırılma indisine, onun mutlak kırılma indisi veya basitçe belirli bir ortamın kırılma indisi denir; bu, tanımı makalenin başında verilen kırılma indisidir. Normal koşullar altında hava da dahil olmak üzere herhangi bir gazın kırılma indeksi, sıvıların veya katıların kırılma indeksinden çok daha azdır, bu nedenle yaklaşık olarak (ve nispeten iyi bir doğrulukla) mutlak kırılma indeksi, havaya göre kırılma indeksi ile değerlendirilebilir.

Pirinç. 3. Girişim refraktometresinin çalışma prensibi. Işık demeti, iki kısmı farklı kırılma indislerine sahip maddelerle dolu l uzunluğundaki küvetlerden geçecek şekilde bölünür. Küvetlerden çıkışta ışınlar belirli bir yol farkı elde eder ve bir araya getirildiklerinde ekranda k dereceli girişim maksimum ve minimumlarının bir resmini verir (sağda şematik olarak gösterilmiştir). Kırılma indisi farkı Dn=n2 –n1 =kl/2, burada l ışığın dalga boyudur.

Refraktometreler, maddelerin kırılma indeksini ölçmek için kullanılan aletlerdir. Refraktometrenin çalışma prensibi toplam yansıma olgusuna dayanmaktadır. Kırılma indisli iki ortam arasındaki arayüze ve optik olarak daha yoğun bir ortamdan dağınık bir ışık demeti düşerse, belirli bir geliş açısından başlayarak ışınlar ikinci ortama girmez, ancak tamamen yansıtılır. Birinci ortamda arayüz. Bu açıya toplam yansımanın sınır açısı denir. Şekil 1, bu yüzeyin belirli bir akımına düşen ışınların davranışını göstermektedir. Işın aşırı bir açıyla geliyor. Kırılma yasasından şunu belirleyebiliriz: , (çünkü).

Sınırlama açısının büyüklüğü, iki ortamın göreceli kırılma indisine bağlıdır. Yüzeyden yansıyan ışınlar bir toplama merceğine yönlendirilirse, merceğin odak düzleminde ışığın ve yarı gölgenin sınırını görebilirsiniz ve bu sınırın konumu sınırlama açısının değerine ve dolayısıyla kırılma indeksi. Ortamlardan birinin kırılma indisindeki bir değişiklik, arayüzün konumunda bir değişiklik gerektirir. Işık ve gölge arasındaki arayüz, refraktometrelerde kullanılan kırılma indisinin belirlenmesinde bir gösterge görevi görebilir. Kırılma indisini belirlemenin bu yöntemine toplam yansıma yöntemi denir.

Refraktometreler, toplam yansıma yönteminin yanı sıra, geçişli ışın yöntemini de kullanır. Bu yöntemde, saçılan bir ışık demeti, optik olarak daha az yoğun bir ortamdan sınıra mümkün olan tüm açılardan çarpar (Şekil 2). Yüzey () boyunca kayan ışın, sınırlayıcı kırılma açısına (Şekil 2'deki ışın) karşılık gelir. Yüzeyde kırılan ışınların () yoluna bir mercek yerleştirirsek, merceğin odak düzleminde de ışık ve gölge arasında keskin bir sınır görürüz.

Pirinç. 2

Sınır açısının değerini belirleyen koşullar her iki yöntemde de aynı olduğundan arayüzün konumu aynıdır. Her iki yöntem de eşdeğerdir ancak toplam yansıma yöntemi, opak maddelerin kırılma indisini ölçmenize olanak tanır

Üçgen prizmada ışınların yolu

Şekil 9, düzlemi yan kenarlarına dik olan bir cam prizmanın kesitini göstermektedir. Prizmadaki ışın tabana doğru saptırılır ve OA ve 0B kenarlarında kırılır. Bu yüzler arasındaki j açısına prizmanın kırılma açısı denir. Işının sapma açısı prizmanın kırılma açısına, prizma malzemesinin kırılma indisine n ve geliş açısına bağlıdır. Kırılma kanunu (1.4) kullanılarak hesaplanabilir.

Refraktometre beyaz bir ışık kaynağı kullanır 3. Dağılma nedeniyle ışık 1 ve 2 numaralı prizmalardan geçtiğinde ışık ve gölgenin sınırı renkli hale gelir. Bunu önlemek için teleskop merceğinin önüne bir dengeleyici (4) yerleştirilir ve her biri farklı kırılma indekslerine sahip üç prizmadan birbirine yapıştırılmış iki özdeş prizmadan oluşur. Prizmalar, dalga boyu tek renkli bir ışın olacak şekilde seçilir. = 589,3 mikron. (sodyum sarı çizgi dalga boyu) sapma kompansatörünü geçtikten sonra test edilmedi. Farklı dalga boylarına sahip ışınlar prizmalarda farklı yönlere saptırılır. Kompansatör prizmalarını özel bir tutamak kullanarak hareket ettirerek ışık ve karanlık arasındaki sınırın mümkün olduğunca net olmasını sağlıyoruz.

Dengeleyiciyi geçen ışık ışınları teleskopun merceğine (6) girer. Işık-gölge arayüzünün görüntüsü teleskopun göz merceği (7) aracılığıyla izlenir. Aynı zamanda ölçek 8 mercek aracılığıyla görüntülenir. Sınırlayıcı kırılma açısı ve toplam yansımanın sınırlayıcı açısı sıvının kırılma indeksine bağlı olduğundan, bu kırılma indeksinin değerleri refraktometre ölçeğinde hemen işaretlenir. .

Refraktometrenin optik sistemi ayrıca dönen bir prizma 5 içerir. Teleskopun eksenini prizma 1 ve 2'ye dik olarak konumlandırmanıza olanak tanır, bu da gözlemi daha kolay hale getirir.

Işığın kırılma kanunu. Mutlak ve bağıl kırılma indisleri (katsayılar). Toplam iç yansıma

Işığın kırılma kanunu 17. yüzyılda deneysel olarak kuruldu. Işık bir şeffaf ortamdan diğerine geçerken ışığın yönü değişebilir. Farklı ortamların sınırında ışığın yönünün değişmesine ışığın kırılması denir. Kırılma sonucunda cismin şeklinde belirgin bir değişiklik meydana gelir. (örnek: bir bardak suya kaşık). Işık kırılması kanunu: İki ortamın sınırında, kırılan ışın geliş düzleminde bulunur ve geliş noktasında ara yüzeyin normali düzeltilerek, şöyle bir kırılma açısı oluşur: =n 1-geliş, 2-yansıma, n-kırılma indisi (f. Snelius) - bağıl gösterge Havasız uzaydan bir ortama gelen ışının kırılma indisine denir. mutlak kırılma indisi. Kırılan ışının, optik olarak daha yoğun bir ortama geçmeden iki ortam arasındaki arayüz boyunca kaymaya başladığı geliş açısı - toplam iç yansımanın sınır açısı. Toplam iç yansıma- geliş açısının belirli bir kritik açıyı aşması koşuluyla iç yansıma. Bu durumda gelen dalga tamamen yansıtılır ve yansıma katsayısının değeri cilalı yüzeyler için en yüksek değerleri aşar. Toplam iç yansımanın yansıması dalga boyundan bağımsızdır. Optikte bu olay, X-ışını aralığı da dahil olmak üzere geniş bir elektromanyetik radyasyon aralığı için gözlemlenir. Geometrik optikte olay Snell yasası çerçevesinde açıklanır. Kırılma açısının 90°'yi geçemeyeceği göz önüne alındığında, sinüsü küçük kırılma indisinin büyük indise oranından daha büyük olan bir gelme açısında, elektromanyetik dalganın birinci ortama tamamen yansıması gerektiğini bulduk. Örnek: Pek çok doğal kristalin ve özellikle kesilmiş değerli ve yarı değerli taşların parlak parlaklığı, toplam iç yansımayla açıklanır; bunun sonucunda kristale giren her ışın, ortaya çıkan çok sayıda oldukça parlak ışın oluşturur. dağılmanın bir sonucudur.

Optik, fiziğin eski dallarından biridir. Antik Yunan zamanlarından bu yana pek çok filozof, ışığın su, cam, elmas ve hava gibi çeşitli şeffaf malzemelerdeki hareketi ve yayılmasının yasalarıyla ilgilenmektedir. Bu makale, havanın kırılma indeksine odaklanarak ışığın kırılması olgusunu tartışmaktadır.

Işık ışınının kırılma etkisi

Hayatında herkes, bir su deposunun dibine veya içine bir nesne yerleştirilmiş bir bardak suya baktığında bu etkinin tezahürüyle yüzlerce kez karşılaşmıştır. Aynı zamanda gölet gerçekte olduğu kadar derin görünmüyordu ve su bardağındaki nesneler deforme olmuş veya kırılmış görünüyordu.

Kırılma olgusu, iki şeffaf malzemenin ara yüzeyiyle kesiştiğinde doğrusal yörüngesinde bir kırılmadan oluşur. Hollandalı Willebrord Snell, 17. yüzyılın başında büyük miktarda deneysel veriyi özetleyerek bu fenomeni doğru bir şekilde tanımlayan matematiksel bir ifade elde etti. Bu ifade genellikle aşağıdaki biçimde yazılır:

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

Burada n 1, n 2, karşılık gelen malzemedeki ışığın mutlak kırılma indisleridir, θ 1 ve θ 2, gelen ve kırılan ışınlar arasındaki açılardır ve ışının kesişme noktasından çizilen arayüz düzlemine diktir. ve bu uçak.

Bu formüle Snell yasası veya Snell-Descartes yasası denir (bunu sunulan biçimde yazan Fransızdı, Hollandalı ise sinüs yerine uzunluk birimini kullanmıştı).

Bu formüle ek olarak kırılma olgusu geometrik nitelikteki başka bir yasayla açıklanmaktadır. Düzleme dik işaretli ve iki ışının (kırılan ve gelen) aynı düzlemde yer alması gerçeğinden oluşur.

Mutlak kırılma indisi

Bu miktar Snell formülüne dahil edilmiştir ve değeri önemli bir rol oynamaktadır. Matematiksel olarak kırılma indisi n aşağıdaki formüle karşılık gelir:

C sembolü, elektromanyetik dalgaların boşluktaki hızıdır. Yaklaşık olarak 3*10 8 m/s'dir. V değeri ortamda hareket eden ışığın hızıdır. Böylece kırılma indisi, havasız alana göre bir ortamdaki ışığın gecikme miktarını yansıtır.

Yukarıdaki formülden iki önemli sonuç çıkmaktadır:

• n'nin değeri her zaman 1'den büyüktür (vakum için birliğe eşittir);
• boyutsuz bir miktardır.

Örneğin havanın kırılma indisi 1,00029, suyun ise 1,33'tür.

Kırılma indisi belirli bir ortam için sabit bir değer değildir. Sıcaklığa bağlıdır. Üstelik bir elektromanyetik dalganın her frekansının kendi anlamı vardır. Dolayısıyla yukarıdaki rakamlar 20 o C sıcaklığa ve görünür spektrumun sarı kısmına (dalga boyu - yaklaşık 580-590 nm) karşılık gelir.

N'nin ışığın frekansına bağımlılığı, beyaz ışığın bir prizma tarafından çeşitli renklere ayrışmasında ve ayrıca şiddetli yağmur sırasında gökyüzünde bir gökkuşağının oluşmasında kendini gösterir.

Havadaki ışığın kırılma indisi

Değeri yukarıda zaten verilmişti (1.00029). Havanın kırılma indisi sıfırdan yalnızca dördüncü ondalık basamakta farklı olduğundan, pratik problemlerin çözümü için bire eşit olduğu düşünülebilir. Hava için n ile birlik arasındaki küçük bir fark, nispeten düşük yoğunluğundan dolayı ışığın hava molekülleri tarafından pratikte yavaşlatılmadığını gösterir. Böylece ortalama hava yoğunluğu 1.225 kg/m3 olup, tatlı sudan 800 kat daha hafiftir.

Hava optik olarak zayıf bir ortamdır. Bir malzemedeki ışığın hızını yavaşlatma işlemi kuantum niteliğindedir ve fotonların maddenin atomları tarafından emilmesi ve yayılması eylemleriyle ilişkilidir.

Havanın bileşimindeki değişiklikler (örneğin içindeki su buharı içeriğindeki artış) ve sıcaklıktaki değişiklikler kırılma indeksinde önemli değişikliklere yol açar. Çarpıcı bir örnek, farklı sıcaklıklardaki hava katmanlarının kırılma indislerindeki farklılıklar nedeniyle ortaya çıkan çöldeki serap etkisidir.

Cam-hava arayüzü

Cam havadan çok daha yoğun bir ortamdır. Mutlak kırılma indisi camın türüne bağlı olarak 1,5 ila 1,66 arasında değişir. Ortalama 1,55 değerini alırsak, ışının hava-cam arayüzündeki kırılması aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

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

N 21 değerine hava camının bağıl kırılma indeksi denir. Kiriş camdan havaya çıkarsa aşağıdaki formül kullanılmalıdır:

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

İkinci durumda kırılan ışının açısı 90 o'ya eşitse, buna karşılık gelene kritik denir. Cam-hava sınırı için şuna eşittir:

θ 1 = arcsin(0,645) = 40,17 o.

Işın, cam-hava sınırına 40,17o'den daha büyük açılarla düşerse tamamen cama geri yansıyacaktır. Bu olguya “toplam iç yansıma” denir.

Kritik açı yalnızca ışın yoğun bir ortamdan (camdan havaya, ancak tersi) hareket ettiğinde ortaya çıkar.

Kırılma indisi

Kırılma indisi maddeler - vakumda ve belirli bir ortamda ışığın (elektromanyetik dalgalar) faz hızlarının oranına eşit bir miktar. Ayrıca kırılma indisinden bazen ses gibi diğer dalgalar için de söz edilir, ancak ses gibi durumlarda tanımın elbette bir şekilde değiştirilmesi gerekir.

Kırılma indisi, maddenin özelliklerine ve radyasyonun dalga boyuna bağlıdır; bazı maddeler için, elektromanyetik dalgaların frekansı düşük frekanslardan optik ve ötesine değiştiğinde kırılma indisi oldukça güçlü bir şekilde değişir ve ayrıca daha da keskin bir şekilde değişebilir. frekans ölçeğinin belirli bölgeleri. Varsayılan genellikle optik aralığa veya bağlama göre belirlenen aralığa karşılık gelir.

Bağlantılar

• RefraactiveIndex.INFO kırılma indisi veritabanı

Wikimedia Vakfı. 2010.

Diğer sözlüklerde “Kırılma İndeksi” nin ne olduğuna bakın:

İki ortamın bağıl değeri n21, birinci (c1) ve ikinci (c2) ortamda optik radyasyonun (c ışığı) yayılma hızlarının boyutsuz oranı: n21 = c1/c2. Aynı zamanda ilgilidir. P. p., g la p a d e n i j ve y g l ... ... sinüslerinin oranıdır. Fiziksel ansiklopedi

Bkz. Kırılma Endeksi...

Bkz. kırılma indisi. * * * KIRILMA İNDEKSİ KIRILMA İNDEKSİ, bkz. Kırılma İndeksi (bkz. KIRILMA İNDEKSİ) ... ansiklopedik sözlük- KIRILMA İNDİSİ, ortamı karakterize eden ve ışığın boşluktaki hızının ortamdaki ışık hızına oranına eşit olan bir miktar (mutlak kırılma indisi). Kırılma indisi n, dielektrik e ve manyetik geçirgenliğe bağlıdır... ... Resimli Ansiklopedik Sözlük

- (bkz. KIRILMA İNDEKSİ). Fiziksel ansiklopedik sözlük. M.: Sovyet Ansiklopedisi. Genel yayın yönetmeni A. M. Prokhorov. 1983... Fiziksel ansiklopedi

Bkz. Kırılma indeksi... Büyük Sovyet Ansiklopedisi

Işığın boşluktaki hızının ortamdaki hızına oranı (mutlak kırılma indisi). 2 ortamın bağıl kırılma indisi, ışığın arayüze düştüğü ortamdaki hızının ikinci ortamdaki hızına oranıdır... ... Büyük Ansiklopedik Sözlük