Kırılma indisi nasıl bulunur? Mutlak kırılma indisi ve bağıl kırılma indisi ile ilişkisi
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 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) = 40,17o.
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.
8. sınıf fizik dersinde ışığın kırılma olayını öğrendiniz. Artık ışığın belirli bir frekans aralığındaki elektromanyetik dalgalar olduğunu biliyorsunuz. Işığın doğası hakkındaki bilgilere dayanarak kırılmanın fiziksel nedenini anlayabilir ve onunla ilişkili diğer birçok ışık olayını açıklayabilirsiniz.
Pirinç. 141. Işın bir ortamdan diğerine geçerken kırılır, yani. yayılma yönünü değiştirir
Işığın kırılma yasasına göre (Şekil 141):
- ışının geliş noktasında iki ortam arasındaki arayüze çekilen gelen, kırılan ve dik ışınlar aynı düzlemde bulunur; gelme açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı bu iki ortam için sabit bir değerdir
burada n21, ikinci ortamın birinciye göre bağıl kırılma indisidir.
Eğer ışın boşluktan herhangi bir ortama geçerse, o zaman
burada n, ikinci ortamın mutlak kırılma indisidir (veya basitçe kırılma indisidir). Bu durumda ilk “ortam” mutlak değeri birlik olarak alınan boşluktur.
Işığın kırılma yasası, 1621'de Hollandalı bilim adamı Willebord Snellius tarafından deneysel olarak keşfedildi. Yasa, bilim adamının ölümünden sonra makalelerinde bulunan optik üzerine bir incelemede formüle edildi.
Snell'in keşfinden sonra birçok bilim adamı, ışığın kırılmasının, iki ortamın sınırından geçerken hızındaki değişiklikten kaynaklandığını öne sürdü. Bu hipotezin geçerliliği, Fransız matematikçi Pierre Fermat (1662'de) ve Hollandalı fizikçi Christiaan Huygens (1690'da) tarafından bağımsız olarak gerçekleştirilen teorik kanıtlarla doğrulandı. Aynı sonuca farklı yollarla ulaştılar ve şunu kanıtladılar:
- Geliş açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı, bu iki ortam için sabit bir değerdir ve bu ortamlardaki ışığın hızlarının oranına eşittir:
(3)
Denklem (3)'ten, eğer kırılma açısı β, geliş açısından a daha küçükse, ikinci ortamda belirli bir frekanstaki ışığın birinciye göre daha yavaş yayıldığı, yani V 2 olduğu sonucu çıkar. Denklem (3)'te yer alan büyüklükler arasındaki ilişki, bağıl kırılma indisinin tanımı için başka bir formülasyonun ortaya çıkmasında zorlayıcı bir neden olarak hizmet etti: n 21 = v 1 / v 2 (4) Bir ışık ışınının boşluktan bir ortama geçmesine izin verin. Denklem (4)'teki v1'i ışığın boşluktaki hızı c ile ve v2'yi ışığın v ortamındaki hızıyla değiştirerek mutlak kırılma indisinin tanımı olan denklem (5)'i elde ederiz: Denklemlere (4) ve (5) göre, n 21, ışığın hızının bir ortamdan diğerine geçerken kaç kez değiştiğini ve n - boşluktan ortama geçerken hızının kaç kat değiştiğini gösterir. Kırılma indekslerinin fiziksel anlamı budur. Herhangi bir maddenin mutlak kırılma indeksi n'nin değeri birden büyüktür (bu, fiziksel referans kitaplarının tablolarında bulunan verilerle doğrulanır). O halde denklem (5)'e göre c/v > 1 ve c > v, yani ışığın herhangi bir maddedeki hızı, ışığın boşluktaki hızından küçüktür. Kesin gerekçeler vermeden (karmaşık ve hantaldırlar), ışığın boşluktan maddeye geçişi sırasında hızının azalmasının nedeninin, ışık dalgasının maddenin atomları ve molekülleri ile etkileşimi olduğunu belirtiyoruz. Bir maddenin optik yoğunluğu ne kadar büyük olursa, bu etkileşim o kadar güçlü olur, ışığın hızı o kadar düşük ve kırılma indisi de o kadar yüksek olur. Böylece ışığın bir ortamdaki hızı ve mutlak kırılma indisi bu ortamın özelliklerine göre belirlenir. Maddelerin kırılma indekslerinin sayısal değerlerine dayanarak optik yoğunlukları karşılaştırılabilir. Örneğin farklı cam türlerinin kırılma indisi 1.470 ila 2.040 arasında değişirken suyun kırılma indisi 1.333'tür. Bu, camın optik olarak sudan daha yoğun bir ortam olduğu anlamına gelir. Şekil 142'ye dönelim, bunun yardımıyla iki ortamın sınırında hızdaki bir değişiklikle ışık dalgasının yayılma yönünün neden değiştiğini açıklayabiliriz. Pirinç. 142. Işık dalgaları havadan suya geçerken ışığın hızı azalır, dalganın ön tarafı ve onunla birlikte hızı da yön değiştirir. Şekil havadan suya geçen ve bu ortamlar arasındaki arayüze a açısıyla gelen bir ışık dalgasını göstermektedir. Işık havada v1 hızıyla, suda ise daha düşük v2 hızıyla hareket eder. Dalganın A noktası sınıra ilk olarak ulaşır. Δt zaman periyodunda, havada aynı v1 hızıyla hareket eden B noktası B noktasına ulaşacaktır." Aynı süre içinde suda daha düşük bir v2 hızıyla hareket eden A noktası daha kısa bir mesafe kat edecektir. yalnızca A noktasına ulaşıyor." Bu durumda AB dalgasının sudaki ön tarafı havadaki AB dalgasının ön kısmına göre belirli bir açıyla dönecektir. Ve hız vektörü (her zaman dalganın önüne dik olan ve yayılma yönü ile çakışan), ortamlar arasındaki arayüze dik olan OO" düz çizgisine yaklaşarak döner. Bu durumda kırılma açısı β geliş açısından α'dan daha küçük olduğu ortaya çıkıyor.Işığın kırılması bu şekilde gerçekleşir. Ayrıca, başka bir ortama hareket ederken ve dalga cephesini döndürürken dalga boyunun da değiştiği şekilden açıkça görülmektedir: optik olarak daha yoğun bir ortama geçerken hız azalır, dalga boyu da azalır (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. 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 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: Bu denklem sistemini çözerek sıvının kırılma indisinin olduğu sonucuna varmak kolaydır. 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: 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 kısım 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. N 0
N değiştirmek Δ
N N 2
HAKKINDA Görev 2. Bir sıvının kırılma indeksinin belirlenmesi. Bulunan düzeltmeyi dikkate alarak, bilinen konsantrasyonlardaki çözeltilerin kırılma indislerini belirleyin. Tablo 2. C, cilt. % N değiştirmek N ist 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 ışın 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 azdır. Işığın boşluktaki hızının belirli bir ortamdaki hızına oranına ortamın mutlak kırılma indisi denir: burada c ışığın boşluktaki hızıdır, v ise belirli bir ortamdaki ışığın 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). 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. 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. Bilet 75. Işık Yansıma Yasası: gelen ve yansıyan ışınların yanı sıra, ışının geliş noktasında yeniden oluşturulan iki ortam arasındaki arayüze dik olan aynı düzlemde (geliş düzlemi) bulunur. Yansıma açısı γ, geliş açısı α'ya eşittir. Işığın kırılma kanunu: Gelen ve kırılan ışınların yanı sıra, ışının geliş noktasında yeniden oluşturulan iki ortam arasındaki arayüze dik olan aynı düzlemde bulunur. Geliş açısı α'nın sinüsünün kırılma açısı β'nın sinüsüne oranı, belirli iki ortam için sabit bir değerdir: Yansıma ve kırılma yasaları dalga fiziğinde açıklanmaktadır. Dalga kavramlarına göre kırılma, dalgaların bir ortamdan diğerine geçerken yayılma hızındaki değişikliklerin bir sonucudur. Kırılma indeksinin fiziksel anlamı dalgaların birinci ortamdaki (υ 1) yayılma hızının ikinci ortamdaki (υ 2) yayılma hızına oranıdır: Şekil 3.1.1 ışığın yansıma ve kırılma yasalarını göstermektedir. Mutlak kırılma indisi daha düşük olan bir ortama optik olarak daha az yoğun denir. Işık optik olarak daha yoğun bir ortamdan optik olarak daha az yoğun bir ortama geçtiğinde n 2< n 1
(например, из стекла в воздух) можно
наблюдать toplam yansıma olgusu yani kırılan ışının ortadan kaybolması. Bu fenomen, belirli bir kritik açı olan α pr'yi aşan geliş açılarında gözlenir. toplam iç yansımanın sınır açısı(bkz. Şekil 3.1.2). Geliş açısı için α = α pr sin β = 1; değer sin α pr = n 2 / n 1< 1. İkinci ortam hava ise (n 2 ≈ 1), formülü şu şekilde yeniden yazmak uygundur: Toplam iç yansıma olgusu birçok optik cihazda kullanılmaktadır. En ilginç ve pratik olarak önemli uygulama, optik olarak şeffaf malzemeden (cam, kuvars) yapılmış ince (birkaç mikrometreden milimetreye kadar) keyfi olarak kavisli ipliklerden oluşan optik fiberlerin oluşturulmasıdır. Işık kılavuzunun ucuna gelen ışık, yan yüzeylerden gelen toplam iç yansıma nedeniyle uzun mesafeler boyunca ilerleyebilir (Şekil 3.1.3). Optik ışık kılavuzlarının geliştirilmesi ve uygulanmasıyla ilgili bilimsel ve teknik yöne fiber optik denir. Işığın dağılımı (ışığın ayrışması)- bu, bir maddenin mutlak kırılma indisinin ışığın frekansına (veya dalga boyuna) (frekans dağılımı) bağımlılığından veya aynı şey, bir maddedeki ışığın faz hızının ışığın frekansına bağımlılığından kaynaklanan bir olgudur. dalga boyu (veya frekans). Teorik olarak çok daha sonra oldukça iyi bir şekilde açıklanmasına rağmen, 1672 civarında Newton tarafından deneysel olarak keşfedildi. Uzaysal dağılım ortamın dielektrik sabiti tensörünün dalga vektörüne bağımlılığı denir. Bu bağımlılık, uzaysal kutuplaşma etkileri adı verilen bir dizi olguya neden olur. Dağılımın en açık örneklerinden biri - beyaz ışık ayrışması bir prizmadan geçerken (Newton deneyi). Dağılım olgusunun özü, farklı dalga boylarındaki ışık ışınlarının şeffaf bir maddede - optik bir ortamda yayılma hızındaki farktır (vakumda ışığın hızı, dalga boyundan ve dolayısıyla renkten bağımsız olarak her zaman aynıdır). Tipik olarak, bir ışık dalgasının frekansı ne kadar yüksek olursa, ortamın kırılma indisi de o kadar yüksek olur ve ortamdaki dalganın hızı o kadar düşük olur: Newton'un deneyleri Beyaz ışığın bir spektruma ayrışması üzerine deney: Sonuçlar:- prizma ışığı ayrıştırır - beyaz ışık karmaşıktır (bileşik) - mor ışınlar kırmızı ışınlardan daha güçlü bir şekilde kırılır. Bir ışık ışınının rengi titreşim frekansına göre belirlenir. Bir ortamdan diğerine geçerken ışığın hızı ve dalga boyu değişir ancak rengi belirleyen frekans sabit kalır. Beyaz ışığın ve bileşenlerinin aralıklarının sınırları genellikle vakumdaki dalga boylarıyla karakterize edilir. Beyaz ışık, uzunlukları 380 ila 760 nm arasında olan dalgaların bir koleksiyonudur. Bilet 77. Işığın emilmesi. Bouguer yasası Işığın bir maddede emilmesi, dalganın elektromanyetik alanının enerjisinin maddenin termal enerjisine (veya ikincil fotolüminesans radyasyonun enerjisine) dönüştürülmesiyle ilişkilidir. Işığın soğurulması yasası (Bouguer yasası) şu şekildedir: ben=ben 0
tecrübe(-
X),(1) Nerede BEN 0
,
BEN-girişteki ışık yoğunluğu (x=0) ve orta kalınlıkta bir tabaka bırakarak X,
-
absorpsiyon katsayısı şunlara bağlıdır: .
Dielektrikler için =10
-1
10
-5
M -1
, metaller için =10
5
10
7
M -1
,
Bu nedenle metaller ışığı geçirmez. Bağımlılık (
)
Emici cisimlerin rengini açıklar. Örneğin, kırmızı ışığı zayıf şekilde emen bir cam, beyaz ışıkla aydınlatıldığında kırmızı görünecektir. Işığın saçılması. Rayleigh yasası Işığın kırınımı, optik olarak homojen olmayan bir ortamda, örneğin bulanık bir ortamda (duman, sis, tozlu hava vb.) meydana gelebilir. Işık dalgaları, ortamın homojen olmayan durumlarına göre kırınıma uğrayarak, tüm yönlerde oldukça düzgün bir yoğunluk dağılımı ile karakterize edilen bir kırınım modeli oluşturur. Küçük homojensizliklerden kaynaklanan bu kırınıma denir. ışığın saçılması. Bu olay, dar bir güneş ışığı ışınının tozlu havadan geçmesi, toz parçacıklarının üzerine saçılması ve görünür hale gelmesiyle gözlemlenir. Homojensizliklerin boyutları dalga boyuna göre küçükse (en fazla değil) 0,1
), o zaman dağınık ışığın yoğunluğunun dalga boyunun dördüncü kuvvetiyle ters orantılı olduğu ortaya çıkar, yani. BEN muhalif olmak ~
1/
4
,
(2) bu bağımlılığa Rayleigh yasası denir. Yabancı parçacık içermeyen temiz ortamlarda da ışık saçılımı gözlemlenir. Örneğin yoğunluk, anizotropi veya konsantrasyondaki dalgalanmalarda (rastgele sapmalarda) ortaya çıkabilir. Bu tür saçılmaya moleküler saçılma denir. Mesela gökyüzünün mavi rengini açıklıyor. Aslında (2)'ye göre mavi ve mavi ışınlar kırmızı ve sarı ışınlardan daha kuvvetli saçılır çünkü dalga boyu daha kısa olduğundan gökyüzünün mavi rengine neden olur. Bilet 78. Işığın polarizasyonu- elektromanyetik ışık dalgalarının enine doğasının ortaya çıktığı bir dizi dalga optiği olgusu. Enine dalga- ortamın parçacıkları dalganın yayılma yönüne dik yönlerde salınır ( Şekil 1). Şekil 1
Enine dalga Elektromanyetik ışık dalgası düzlem polarize(doğrusal polarizasyon), eğer E ve B vektörlerinin salınım yönleri kesinlikle sabitse ve belirli düzlemlerde yer alıyorsa ( Şekil 1). Düzlem polarize ışık dalgasına denir düzlem polarize(doğrusal polarize) ışık. Polarize olmayan(doğal) dalga - bu dalgadaki E ve B vektörlerinin salınım yönlerinin v hız vektörüne dik herhangi bir düzlemde bulunabileceği bir elektromanyetik ışık dalgası. Polarize olmayan ışık- E ve B vektörlerinin salınım yönlerinin kaotik bir şekilde değiştiği ışık dalgaları, böylece dalga yayılım ışınına dik düzlemlerdeki salınımların tüm yönleri eşit derecede olasıdır ( İncir. 2). İncir. 2
Polarize olmayan ışık Polarize dalgalar- E ve B vektörlerinin yönlerinin uzayda değişmeden kaldığı veya belirli bir yasaya göre değiştiği. E vektörünün yönünün düzensiz değiştiği radyasyon - polarize olmayan. Bu tür radyasyonun bir örneği termal radyasyondur (kaotik olarak dağılmış atomlar ve elektronlar). Polarizasyon düzlemi- bu, E vektörünün salınım yönüne dik bir düzlemdir. Polarize radyasyonun ortaya çıkmasının ana mekanizması, radyasyonun elektronlar, atomlar, moleküller ve toz parçacıkları tarafından saçılmasıdır. 1.2. Polarizasyon türleriÜç tür polarizasyon vardır. Onlara tanımları verelim. 1. Doğrusal
Elektrik vektörü E uzaydaki konumunu korursa oluşur. E vektörünün salındığı düzlemi vurguluyor gibi görünüyor. 2. Dairesel
Bu, elektrik vektörü E, mutlak değerini korurken, dalganın açısal frekansına eşit bir açısal hızla dalga yayılma yönü etrafında döndüğünde meydana gelen polarizasyondur. Bu polarizasyon, E vektörünün görüş hattına dik bir düzlemde dönme yönünü karakterize eder. Bir örnek siklotron radyasyonudur (manyetik bir alanda dönen elektronlardan oluşan bir sistem). 3. Eliptik
Elektrik vektörü E'nin büyüklüğü bir elips (E vektörünün dönüşü) tanımlayacak şekilde değiştiğinde meydana gelir. Eliptik ve dairesel polarizasyon sağ el (E vektörü, yayılan dalgaya doğru bakıldığında saat yönünde döner) ve sol el (E vektörü, yayılan dalgaya doğru bakıldığında saat yönünün tersine döner) olabilir. Gerçekte, en sık meydana gelir kısmi polarizasyon
(kısmen polarize elektromanyetik dalgalar). Kantitatif olarak, adı verilen belirli bir miktarla karakterize edilir. polarizasyon derecesi
Rşu şekilde tanımlanır: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin) Nerede Imaks,yakında- analizördeki elektromanyetik enerji akışının en yüksek ve en düşük yoğunluğu (Polaroid, Nicolas prizması...). Uygulamada, radyasyon polarizasyonu genellikle Stokes parametreleriyle tanımlanır (belirli bir polarizasyon yönü ile radyasyon akılarını belirlerler). Bilet 79. İki dielektrik (örneğin hava ve cam) arasındaki arayüze doğal ışık düşerse, bir kısmı yansıtılır ve bir kısmı kırılır ve ikinci ortamda yayılır. Yansıyan ve kırılan ışınların yoluna bir analizör (örneğin turmalin) yerleştirerek, yansıyan ve kırılan ışınların kısmen polarize olmasını sağlıyoruz: analizör ışınların etrafında döndürüldüğünde, ışık yoğunluğu periyodik olarak artar ve zayıflar ( tam söndürme gözlenmez!). Daha ileri çalışmalar, yansıyan ışında, geliş düzlemine dik titreşimlerin baskın olduğunu (bunlar Şekil 275'te noktalarla gösterilmiştir), kırılan ışında ise geliş düzlemine paralel titreşimlerin (oklarla gösterilen) baskın olduğunu göstermiştir. Polarizasyon derecesi (ışık dalgalarının elektrik (ve manyetik) vektörünün belirli bir yönelimiyle ayrılma derecesi), ışınların geliş açısına ve kırılma indisine bağlıdır. İskoç fizikçi D.Brewster(1781-1868) yüklü kanun buna göre geliş açısında Ben B (Brewster açısı), ilişkiyle belirlenir (N 21 - ikinci ortamın birinciye göre kırılma indisi), yansıyan ışın düzlem polarizedir(yalnızca geliş düzlemine dik titreşimleri içerir) (Şekil 276). Gelme açısında kırılan ışınBen B maksimuma kadar polarize olmuş, ancak tamamen değil. Işık Brewster açısında bir arayüze çarparsa, yansıyan ve kırılan ışınlar karşılıklı olarak dik(tg Ben B = günah Ben B/çünkü Ben B, N 21 =
günah Ben B /
günah Ben 2
(Ben 2
-
kırılma açısı), dolayısıyla Ben B=günah Ben 2). Buradan, Ben B +
Ben 2
=
/2, ancak Ben’
B= Ben B (yansıma yasası), dolayısıyla Ben’
B+ Ben 2
=
/2. Yansıyan ve kırılan ışığın farklı geliş açılarında polarizasyon derecesi, iki izotropik dielektrik (sözde) arasındaki arayüzdeki elektromanyetik alanın sınır koşullarını dikkate alırsak, Maxwell denklemlerinden hesaplanabilir. Fresnel formülleri). Kırılan ışığın polarizasyon derecesi önemli ölçüde arttırılabilir (ışığın her seferinde arayüze Brewster açısında gelmesi şartıyla çoklu kırılma yoluyla). Örneğin, cam için ( n= 1.53) kırılan ışının polarizasyon derecesi %15 ise, üst üste bindirilmiş 8-10 cam plakaya kırıldıktan sonra böyle bir sistemden çıkan ışık neredeyse tamamen polarize olacaktır. Böyle bir plaka koleksiyonuna denir ayak. Ayak, polarize ışığın hem yansıması hem de kırılması sırasında analiz etmek için kullanılabilir. Bilet 79 (Spur için) Deneyimlerin gösterdiği gibi, ışığın kırılması ve yansıması sırasında kırılan ve yansıyan ışık polarize olur ve yansıma meydana gelir. ışık belirli bir geliş açısında tamamen polarize edilebilir, ancak tesadüfen. ışık her zaman kısmen polarizedir ve Frinell'in formüllerine göre bu yansıma gösterilebilir. Işık, geliş düzlemine dik bir düzlemde polarize olur ve kırılır. ışık geliş düzlemine paralel bir düzlemde polarize olur. Yansımanın geliş açısı ışığın tamamen polarize olması Brewster açısı olarak adlandırılır.Brewster açısı Brewster yasasından belirlenir: - Brewster yasası.Bu durumda yansımalar arasındaki açıdır. ve kırılma. ışınlar eşit olacaktır.Hava camı sistemi için Brewster açısı eşittir.İyi bir polarizasyon elde etmek için; Işığı kırarken Stoletov Durağı adı verilen birçok yenilebilir yüzey kullanılır. Bilet 80. Deneyimler, ışık madde ile etkileşime girdiğinde ana etkinin (fizyolojik, fotokimyasal, fotoelektrik vb.), bu bağlamda bazen ışık vektörü olarak adlandırılan vektörün salınımlarından kaynaklandığını göstermektedir. Bu nedenle ışık polarizasyon modellerini tanımlamak için vektörün davranışı izlenir. Vektörlerin oluşturduğu düzleme polarizasyon düzlemi denir. Vektör salınımları sabit bir düzlemde meydana gelirse, bu tür ışığa (ışın) doğrusal polarize denir. Geleneksel olarak aşağıdaki şekilde belirlenir. Işın dik bir düzlemde polarize edilmişse (düzlemde) xoz, bkz. Şek. İkinci derste 2), sonra belirlenir. Doğal ışık (sıradan kaynaklardan, güneşten) farklı, kaotik olarak dağılmış polarizasyon düzlemlerine sahip dalgalardan oluşur (bkz. Şekil 3). Dalga ilerledikçe vektör dönüyorsa ve vektörün ucu bir daireyi tanımlıyorsa, bu tür ışığa dairesel polarize denir ve polarizasyona dairesel veya dairesel (sağ veya sol) denir. Eliptik polarizasyon da vardır. Optik cihazlar var (filmler, plakalar vb.) - polarizörler doğal ışıktan doğrusal polarize ışık veya kısmen polarize ışık çıkarır. Polarizör (veya analizör) düzlemi, polarizör (veya analizör) tarafından iletilen ışığın polarizasyon düzlemidir. Genliği olan doğrusal polarize ışığın bir polarizöre (veya analizöre) düşmesine izin verin e 0. İletilen ışığın genliği şuna eşit olacaktır: E=E 0 çünkü J ve yoğunluk ben=ben 0 çünkü 2 J. Bu formül ifade eder Malus yasası: Analizörden geçen doğrusal polarize ışığın yoğunluğu, açının kosinüsünün karesi ile orantılıdır. J Gelen ışığın salınım düzlemi ile analizörün düzlemi arasında. Bilet 80 (mahmuz için) Polarizörler polarize ışık elde etmeyi sağlayan cihazlardır.Analizörler ışığın polarize olup olmadığını analiz etmek için kullanılabilecek cihazlardır.Yapısal olarak polarizör ve analizör bir ve aynıdır.Zn Malus.Yoğunluktaki ışığın üzerine düşmesine izin verin. polarizör, eğer ışık doğal ise, o zaman E vektörünün tüm yönleri eşit derecede muhtemeldir.Her vektör, karşılıklı olarak dik iki bileşene ayrılabilir: bunlardan biri polarizörün polarizasyon düzlemine paralel, diğeri ise polarizörün polarizasyon düzlemine diktir. BT. Açıkçası polarizörden çıkan ışığın şiddeti eşit olacaktır.Polarizörden çıkan ışığın şiddetini () ile gösterelim.Polarize ışığın yolu üzerine ana düzlemi bir analizör yerleştirilirse Polarizörün ana düzlemi ile bir açı yapıldıktan sonra analizörden çıkan ışığın şiddeti kanunla belirlenir. Bilet 81. Sovyet fizikçi P. A. Cherenkov, radyum ışınlarının etkisi altındaki bir uranyum tuzu çözeltisinin parıltısını incelerken, içinde uranyum tuzu bulunmayan suyun kendisinin de parladığına dikkat çekti. Işınların (bkz. Gama radyasyonu) saf sıvılardan geçtiğinde hepsinin parlamaya başladığı ortaya çıktı. P. A. Cherenkov'un liderliği altında çalıştığı S. I. Vavilov, parıltının radyum kuantası tarafından atomlardan çıkarılan elektronların hareketiyle ilişkili olduğunu varsaydı. Gerçekten de parıltı, sıvıdaki manyetik alanın yönüne büyük ölçüde bağlıydı (bu, bunun elektronların hareketinden kaynaklandığını gösteriyordu). Peki bir sıvı içinde hareket eden elektronlar neden ışık yayar? Bu sorunun doğru cevabı 1937'de Sovyet fizikçileri I.E. Tamm ve I.M. Frank tarafından verildi. Bir madde içinde hareket eden bir elektron, onu çevreleyen atomlarla etkileşime girer. Elektrik alanının etkisi altında atomik elektronlar ve çekirdekler zıt yönlerde yer değiştirir - ortam polarize olur. Polarize olan ve daha sonra orijinal durumuna dönen ortamın elektron yörüngesi boyunca yer alan atomları, elektromanyetik ışık dalgaları yayar. Elektronun v hızı, ortamdaki ışığın yayılma hızından (kırılma indisi) daha düşükse, o zaman elektromanyetik alan elektronu geçecek ve maddenin, elektronun önünde uzayda polarize olmak için zamanı olacaktır. Elektronun önündeki ve arkasındaki ortamın polarizasyonu ters yöndedir ve zıt polarize atomların radyasyonları "eklenir", birbirini "söndürür". Henüz bir elektronun ulaşmadığı atomların polarize olmak için zamanı olmadığında ve radyasyon, tepe noktası hareketli elektronla çakışan ve tepe noktası c'deki bir açıyla dar bir konik katman boyunca yönlendirilmiş olarak göründüğünde. Işık "konisinin" görünümü ve radyasyon durumu, dalga yayılımının genel prensiplerinden elde edilebilir. Pirinç. 1. Dalga cephesi oluşum mekanizması Elektronun, kırılma indeksi olan homojen şeffaf bir madde içindeki çok dar bir boş kanalın OE ekseni (bkz. Şekil 1) boyunca hareket etmesine izin verin (boş kanala ihtiyaç vardır, böylece elektronun atomlarla çarpışmaları dikkate alınmaz. teorik değerlendirme). OE çizgisi üzerinde art arda bir elektron tarafından işgal edilen herhangi bir nokta, ışık emisyonunun merkezi olacaktır. Ardışık O, D, E noktalarından yayılan dalgalar birbirine müdahale eder ve aralarındaki faz farkı sıfırsa güçlendirilir (bkz. Girişim). Bu koşul, elektronun yörüngesiyle 0 açı yapan bir yön için sağlanır. Açı 0 şu ilişkiyle belirlenir:. Aslında, yörüngenin iki noktasından (O noktası ve D noktası) birbirinden mesafeyle ayrılan iki noktadan elektron hızına 0 açı yapacak yönde yayılan iki dalgayı ele alalım. BE çizgisi üzerinde uzanan, OB'ye dik olan B noktasında, -sonraki zamanda ilk dalga BE çizgisi üzerinde yer alan F noktasına, noktadan yayılan bir dalga, dalga O noktasından yayınlandıktan sonraki zamanda ulaşacaktır. Bu iki dalga aynı fazda olacaktır, yani eğer bu zamanlar eşitse düz çizgi bir dalga cephesi olacaktır:. Bu, zamanların eşitliği koşulunu verir. Yörüngenin D mesafesiyle ayrılmış bölümlerinden yayılan dalgaların girişimi nedeniyle ışığın söneceği tüm yönlerde. D'nin değeri, T'nin ışık salınımlarının periyodu olduğu açık denklemle belirlenir. Bu denklemin her zaman bir çözümü vardır. Eğer ise, o zaman yayılan dalgaların müdahale sırasında yükseltildiği yön mevcut değildir ve 1'den büyük olamaz. Pirinç. 2. Vücut hareketi sırasında ses dalgalarının dağılımı ve şok dalgasının oluşması Radyasyon yalnızca şu durumlarda gözlenir: Deneysel olarak, elektronlar sonlu bir katı açıda, bir miktar hızda uçarlar ve sonuç olarak radyasyon, açıyla belirlenen ana yöne yakın konik bir katmanda yayılır. Düşüncemizde elektron yavaşlamasını ihmal ettik. Bu oldukça kabul edilebilirdir, çünkü Vavilov-Cerenkov radyasyonundan kaynaklanan kayıplar küçüktür ve ilk yaklaşımla elektronun kaybettiği enerjinin onun hızını etkilemediğini ve düzgün bir şekilde hareket ettiğini varsayabiliriz. Bu, Vavilov-Çerenkov radyasyonunun temel farkı ve olağandışılığıdır. Tipik olarak yükler, önemli bir hızlanma yaşanırken yayılır. Işığını aşan bir elektron, ses hızından daha yüksek bir hızla uçan bir uçağa benzer. Bu durumda konik bir şok ses dalgası da uçağın önünde yayılır (bkz. Şekil 2). Bu makale, kırılma indisi gibi bir optik kavramının özünü ortaya koymaktadır. Bu miktarı elde etmek için formüller verilmiş ve elektromanyetik dalga kırılması olgusunun uygulamasına kısa bir genel bakış verilmiştir. Medeniyetin şafağında insanlar şu soruyu sordular: Göz nasıl görüyor? Bir kişinin çevredeki nesneleri hisseden ışınlar yaydığı veya tam tersine her şeyin bu tür ışınlar yaydığı ileri sürülmüştür. Bu sorunun cevabı on yedinci yüzyılda verildi. Optikte bulunur ve kırılma indisinin ne olduğu ile ilgilidir. Çeşitli opak yüzeylerden yansıyan ve şeffaf olanlarla sınırda kırılan ışık, kişiye görme olanağı verir. Gezegenimiz Güneş'in ışığıyla örtülüyor. Ve mutlak kırılma indisi gibi bir kavram tam da fotonların dalga doğasıyla ilişkilendirilir. Boşlukta yayılan foton hiçbir engelle karşılaşmaz. Gezegende ışık birçok farklı yoğun ortamla karşılaşır: atmosfer (bir gaz karışımı), su, kristaller. Elektromanyetik bir dalga olan ışık fotonlarının boşlukta tek faz hızı vardır (burada C) ve ortamda - başka bir (belirtilen) v). Birinci ve ikincinin oranına mutlak kırılma indisi denir. Formül şuna benzer: n = c / v. Elektromanyetik ortamın faz hızını tanımlamaya değer. Aksi takdirde kırılma indisinin ne olduğunu anlayın N, yasaktır. Işığın fotonu bir dalgadır. Bu, salınan bir enerji paketi olarak temsil edilebileceği anlamına gelir (sinüs dalgasının bir bölümünü hayal edin). Faz, dalganın zaman içinde belirli bir anda hareket ettiği sinüzoidin segmentidir (bunun kırılma indisi gibi bir miktarı anlamak için önemli olduğunu unutmayın). Örneğin faz, bir sinüzoidin maksimumu veya eğiminin bir kısmı olabilir. Bir dalganın faz hızı, o fazın hareket ettiği hızdır. Kırılma indisinin tanımının açıkladığı gibi, bu değerler bir vakum ve bir ortam için farklılık gösterir. Üstelik her ortamın bu miktarın kendine ait bir değeri vardır. Herhangi bir şeffaf bileşiğin bileşimi ne olursa olsun, diğer tüm maddelerden farklı bir kırılma indisi vardır. Mutlak değerin boşluğa göre ölçüldüğü yukarıda zaten gösterilmişti. Ancak gezegenimizde bu zordur: Işık daha çok hava ve su veya kuvars ve spinel sınırına çarpar. Yukarıda belirtildiği gibi bu ortamların her birinin kırılma indisi farklıdır. Havada bir ışık fotonu tek yön boyunca hareket eder ve tek faz hızına (v 1) sahiptir, ancak suya girdiğinde yayılma yönünü ve faz hızını (v 2) değiştirir. Ancak bu yönlerin her ikisi de aynı düzlemde yer almaktadır. Bu, çevredeki dünyanın görüntüsünün gözün retinasında veya kameranın matrisinde nasıl oluştuğunu anlamak için çok önemlidir. İki mutlak değerin oranı bağıl kırılma indisini verir. Formül şuna benzer: n 12 = v 1 / v 2. Peki ya ışık tam tersine sudan çıkıp havaya girerse? Daha sonra bu değer n 21 = v 2 / v 1 formülü ile belirlenecektir. Göreceli kırılma indislerini çarparken n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1 elde ederiz. Bu ilişki herhangi bir ortam çifti için geçerlidir. Bağıl kırılma indisi, geliş ve kırılma açılarının sinüslerinden bulunabilir n 12 = sin 1 / sin 2. Açıların normalden yüzeye doğru ölçüldüğünü unutmayın. Normal, yüzeye dik bir çizgidir. Yani soruna bir açı verilirse α
yüzeyin kendisine göre düştüğünde, (90 - α)'nın sinüsünü hesaplamamız gerekir. Sakin ve güneşli bir günde gölün dibinde yansımalar oynuyor. Koyu mavi buz kayayı kaplıyor. Bir elmas bir kadının eline binlerce kıvılcım saçar. Bu fenomen, şeffaf ortamın tüm sınırlarının göreceli bir kırılma indisine sahip olmasının bir sonucudur. Estetik zevkin yanı sıra bu olgu pratik uygulamalar için de kullanılabilir. İşte örnekler: Ancak Güneş bize sadece görünür spektrumda foton sağlamakla kalmıyor. Kızılötesi, morötesi ve x-ışını aralıkları insan gözüyle algılanmaz ancak hayatımızı etkiler. IR ışınları bizi ısıtır, UV fotonları atmosferin üst katmanlarını iyonize ederek bitkilerin fotosentez yoluyla oksijen üretmesini sağlar. Ve kırılma indisinin eşit olduğu şey yalnızca sınırın bulunduğu maddelere değil, aynı zamanda gelen radyasyonun dalga boyuna da bağlıdır. Tam olarak hangi değerden bahsettiğimiz genellikle bağlamdan açıkça anlaşılır. Yani eğer kitap röntgen ışınlarını ve onun insanlar üzerindeki etkisini inceliyorsa, o zaman N orada bu aralık için özel olarak tanımlanmıştır. Ancak başka bir şey belirtilmedikçe genellikle elektromanyetik dalgaların görünür spektrumu kastedilmektedir. Yukarıda yazdıklarımızdan da anlaşılacağı üzere şeffaf ortamlardan bahsediyoruz. Örnek olarak havayı, suyu ve elması verdik. Peki ya ahşap, granit, plastik? Onlar için kırılma indisi diye bir şey var mı? Cevap karmaşık ama genel olarak evet. Öncelikle ne tür bir ışıkla karşı karşıya olduğumuzu düşünmeliyiz. Görünür fotonlara karşı opak olan ortamlar, X-ışını veya gama radyasyonu ile kesilir. Yani, eğer hepimiz süpermen olsaydık, etrafımızdaki tüm dünya bizim için şeffaf olurdu, ancak değişen derecelerde. Örneğin, beton duvarlar jöleden daha yoğun olmayacak ve metal donanımlar daha yoğun meyve parçalarına benzeyecektir. Diğer temel parçacıklar olan müonlara göre gezegenimiz genel olarak tamamen şeffaftır. Bir zamanlar bilim adamları varlıklarının gerçekliğini kanıtlamakta büyük zorluk çekiyorlardı. Her saniye milyonlarca müon bizi deliyor ancak tek bir parçacığın maddeyle çarpışma ihtimali çok düşük ve bunu tespit etmek çok zor. Bu arada Baykal yakında müonların "yakalanacağı" bir yer olacak. Derin ve berrak suyu bunun için idealdir; özellikle kış aylarında. Önemli olan sensörlerin donmaması. Bu nedenle, örneğin x-ışını fotonları için betonun kırılma indisi anlamlıdır. Üstelik bir maddeyi x-ışınlarıyla ışınlamak, kristallerin yapısını incelemenin en doğru ve önemli yollarından biridir. Matematiksel anlamda, belirli bir aralıkta opak olan maddelerin hayali bir kırılma indisine sahip olduğunu da hatırlamakta fayda var. Son olarak, bir maddenin sıcaklığının da onun şeffaflığını etkileyebileceğini anlamalıyız.
Sorular
Egzersiz yapmak
yansıma açısına eşit 
.
(1)
(2)
(3)
(5)
Bu yasa, her türlü dalganın yansıma yasasıyla örtüşür ve Huygens ilkesinin bir sonucu olarak elde edilebilir.
Eğer n2 = 1 (vakum) ise, o zaman 
Newton, güneş ışığını küçük bir delikten cam prizmaya yönlendirdi. Prizmaya çarptığında ışın kırıldı ve karşı duvarda gökkuşağı renk değişimi olan uzun bir görüntü - bir spektrum - verdi. Monokromatik ışığın prizmadan geçişi üzerine deney yapın:
Newton, güneş ışınının yoluna kırmızı cam yerleştirdi, arkasından tek renkli ışık (kırmızı), ardından bir prizma aldı ve ekranda yalnızca ışık ışınından gelen kırmızı noktayı gözlemledi. Beyaz ışığın sentezinde (üretiminde) deneyim:İlk olarak Newton güneş ışınını bir prizmaya yönlendirdi. Daha sonra prizmadan çıkan renkli ışınları bir toplama merceği kullanarak toplayan Newton, renkli bir şerit yerine beyaz bir duvardaki bir deliğin beyaz görüntüsünü elde etti. Newton'un sonuçları:- prizma ışığı değiştirmez, yalnızca onu bileşenlerine ayırır - rengi farklı olan ışık ışınlarının kırılma derecesi farklıdır; Mor ışınlar en güçlü şekilde kırılır, kırmızı olanlar daha az güçlüdür - daha az kırılan kırmızı ışık en yüksek hıza sahiptir ve mor en az hıza sahiptir, bu nedenle prizma ışığı ayrıştırır. Işığın kırılma indisinin rengine bağımlılığına dağılım denir.
Doğal ışık bazen geleneksel olarak bu şekilde tanımlanır. Aynı zamanda polarize olmayan olarak da adlandırılır.
Işığın polarizasyonunu analiz etmek için kullanılan polarizörlere denir. analizörler.
Görme ve kırılma indeksi
Işık ve kırılma indeksi
Faz hızı
Mutlak ve bağıl kırılma indisi
Kırılma indisinin güzelliği ve uygulamaları
Dalgaboyu
Kırılma indisi ve yansıma
(1 ortalama olarak derecelendirmeler: 5,00 5 üzerinden) 
Yükleniyor...
