Törésmutató

Törésmutató anyagok - egy érték, amely megegyezik a fény (elektromágneses hullámok) fázissebességének arányával vákuumban és adott közegben. Ezenkívül a törésmutatóról néha bármilyen más hullám, például hang esetében is beszélnek, bár az olyan esetekben, mint az utóbbi, a definíciót természetesen módosítani kell.

A törésmutató az anyag tulajdonságaitól és a sugárzás hullámhosszától függ, egyes anyagoknál a törésmutató meglehetősen erősen változik, amikor az elektromágneses hullámok frekvenciája alacsony frekvenciáról optikaira és azon túlra változik, és bizonyos esetekben még élesebben is változhat. a frekvencia skála területei. Az alapértelmezett érték általában az optikai tartomány, vagy a környezet által meghatározott tartomány.

Linkek

• RefractiveIndex.INFO törésmutató adatbázis

Wikimédia Alapítvány. 2010 .

Nézze meg, mi a "törésmutató" más szótárakban:

Két n21 közeghez viszonyítva az optikai sugárzás terjedési sebességeinek dimenzió nélküli aránya (c veta a) az első (c1) és a második (c2) közegben: n21=c1/c2. Ugyanakkor utal. P. p a j g-je és esése szinuszainak aránya, és g l-nél ... ... Fizikai Enciklopédia

Lásd törésmutató...

Lásd a törésmutatót. * * * TÖRŐMUTATÓ TÖRÉSI INDEX, lásd Törésmutató (lásd TÖRÉSI INDEX) … enciklopédikus szótár- TÖRÉSI INDEX, a közeget jellemző érték, amely egyenlő a vákuumban lévő fénysebesség és a közegben lévő fénysebesség arányával (abszolút törésmutató). Az n törésmutató az e dielektrikumtól és az m mágneses permeabilitástól függ ... ... Illusztrált enciklopédikus szótár

- (lásd TÖRÉSJELZŐ). Fizikai enciklopédikus szótár. Moszkva: Szovjet Enciklopédia. A. M. Prokhorov főszerkesztő. 1983... Fizikai Enciklopédia

Lásd a törésmutatót... Nagy szovjet enciklopédia

A vákuumban lévő fénysebesség és a közegben lévő fénysebesség aránya (abszolút törésmutató). A 2 közeg relatív törésmutatója a fénysebesség aránya abban a közegben, amelyről a fény a felületre esik, és a fénysebesség aránya a második ... Nagy enciklopédikus szótár

25/III-1 lecke A fény terjedése különböző médiumokban. Fénytörés a két közeg határfelületén.

Új anyagok tanulása.

Eddig a fény terjedését egy közegben, mint általában - levegőben vettük figyelembe. A fény többféle közegben terjedhet: egyik közegből a másikba mozoghat; a beesési pontokon a sugarak nemcsak visszaverődnek a felületről, hanem részben át is mennek rajta. Az ilyen átmenetek sok szép és érdekes jelenséget okoznak.

A két közeg határán áthaladó fény terjedési irányának változását fénytörésnek nevezzük.

A két átlátszó közeg interfészére eső fénysugár egy része visszaverődik, egy része pedig egy másik közegbe kerül. Ilyenkor a másik közegbe átment fénysugár iránya megváltozik. Ezért a jelenséget fénytörésnek, a sugarat pedig megtörtnek nevezik.

1 - beeső sugár

2 - visszavert sugár

3 – megtört nyaláb α β

OO 1 – a határ két közeg között

MN - merőleges O O 1

A sugár és a két közeg közötti határfelületre merőleges által alkotott szöget a sugár beesési pontjáig lesüllyesztve törésszögnek nevezzük. γ (gamma).

A fény vákuumban 300 000 km/s sebességgel terjed. Bármilyen közegben a fénysebesség mindig kisebb, mint a vákuumban. Ezért amikor a fény egyik közegből a másikba kerül, sebessége csökken, és ez az oka a fény törésének. Minél kisebb a fény terjedési sebessége egy adott közegben, annál nagyobb ennek a közegnek az optikai sűrűsége. Például a levegő optikai sűrűsége nagyobb, mint a vákuum, mivel a fény sebessége a levegőben valamivel kisebb, mint a vákuumban. A víz optikai sűrűsége nagyobb, mint a levegő optikai sűrűsége, mivel a fény sebessége a levegőben nagyobb, mint a vízben.

Minél jobban különbözik két közeg optikai sűrűsége, annál jobban megtörik a fény a felületükön. Minél jobban változik a fény sebessége a két közeg határfelületén, annál jobban megtörik.

Minden átlátszó anyagnak van egy olyan fontos fizikai jellemzője, mint a fény törésmutatója n. Megmutatja, hogy egy adott anyagban hányszor kisebb a fénysebesség, mint a vákuumban.

Törésmutató

A beesési szög és a törésszög aránya az egyes közegek optikai sűrűségétől függ. Ha egy fénysugár egy kisebb optikai sűrűségű közegből egy nagyobb optikai sűrűségű közegbe megy át, akkor a törésszög kisebb lesz, mint a beesési szög. Ha egy fénysugár nagyobb optikai sűrűségű közegből halad át, akkor a törésszög kisebb lesz, mint a beesési szög. Ha egy fénysugár nagyobb optikai sűrűségű közegből kisebb optikai sűrűségű közegbe megy át, akkor a törésszög nagyobb, mint a beesési szög.

Vagyis ha n 1 γ; ha n 1 >n 2, akkor α<γ.

A fénytörés törvénye :

A beeső sugár, a megtört nyaláb és a két közeg közötti határfelületre merőleges a sugár beesési pontjában ugyanabban a síkban van.

A beesési szög és a törésszög arányát a képlet határozza meg.

ahol a beesési szög szinusza, a törésszög szinusza.

A szinuszok és érintők értéke 0-900 szögeknél

A fénytörés törvényét először W. Snelius holland csillagász és matematikus fogalmazta meg 1626 körül, a Leideni Egyetem professzora (1613).

A 16. században az optika ultramodern tudomány volt, egy vízzel töltött üveggolyóból, amelyet lencseként használtak, nagyító keletkezett. És abból feltaláltak egy távcsövet és egy mikroszkópot. Abban az időben Hollandiának teleszkópokra volt szüksége ahhoz, hogy megtekinthesse a partot, és időben elmenekülhessen az ellenség elől. Az optika biztosította a navigáció sikerét és megbízhatóságát. Ezért Hollandiában sok tudós érdeklődött az optika iránt. A holland Skel Van Royen (Snelius) megfigyelte, hogyan verődik vissza egy vékony fénysugár a tükörben. Megmérte a beesési szöget és a visszaverődési szöget, és megállapította, hogy a visszaverődési szög egyenlő a beesési szöggel. Övé a fényvisszaverődés törvényei is. Levezette a fénytörés törvényét.

Tekintsük a fénytörés törvényét.

Ebben - a második közeg relatív törésmutatója az elsőhöz képest, abban az esetben, ha a másodiknak nagy az optikai sűrűsége. Ha a fény megtörik és kisebb optikai sűrűségű közegen halad át, akkor α< γ, тогда

Ha az első közeg vákuum, akkor n 1 =1, akkor .

Ezt a mutatót a második közeg abszolút törésmutatójának nevezik:

ahol a fény sebessége vákuumban, a fény sebessége adott közegben.

A Föld légkörében bekövetkező fénytörés következménye, hogy a Napot és a csillagokat valamivel tényleges helyzetük felett látjuk. A fénytörés magyarázhatja a délibábok, szivárványok előfordulását ... a fénytörés jelensége a numerikus optikai eszközök működési elvének alapja: mikroszkóp, távcső, kamera.

Térjünk rá az általunk a 81. §-ban bevezetett törésmutató részletesebb figyelembevételére a törés törvényének megfogalmazásakor.

A törésmutató az optikai tulajdonságoktól és a közegtől függ, amelyből a nyaláb esik, és a közegtől, amelybe behatol. Azt a törésmutatót, amelyet akkor kapunk, amikor a vákuumból származó fény egy közegre esik, ennek a közegnek az abszolút törésmutatójának nevezzük.

Rizs. 184. Két közeg relatív törésmutatója:

Legyen az első közeg abszolút törésmutatója, a másodiké pedig - . Figyelembe véve a törést az első és a második közeg határán, ügyeljünk arra, hogy az első közegből a másodikba való átmenet során a törésmutató, az úgynevezett relatív törésmutató egyenlő legyen a törésmutató abszolút törésmutatóinak arányával. második és első média:

(184. ábra). Éppen ellenkezőleg, amikor a második közegből az elsőbe lépünk, relatív törésmutatónk van

A két közeg relatív törésmutatója és abszolút törésmutatói között megállapított összefüggés elméletileg is levezethető lenne, új kísérletek nélkül, ahogyan ez a reverzibilitás törvényénél is megtehető (82. §).

A nagyobb törésmutatójú közeget optikailag sűrűbbnek mondják. Általában mérik a különböző közegek levegőhöz viszonyított törésmutatóját. A levegő abszolút törésmutatója . Így bármely közeg abszolút törésmutatója a levegőhöz viszonyított törésmutatójához kapcsolódik a képlet szerint

6. táblázat Különféle anyagok törésmutatója a levegőhöz viszonyítva

A törésmutató a fény hullámhosszától, azaz színétől függ. A különböző színek különböző törésmutatóknak felelnek meg. Ez a jelenség, az úgynevezett diszperzió, fontos szerepet játszik az optikában. A jelenséggel a későbbi fejezetekben ismételten foglalkozunk. táblázatban megadott adatok. 6, lásd a sárga fényt.

Érdekes megjegyezni, hogy a visszaverődés törvénye formálisan ugyanabban a formában írható fel, mint a fénytörés törvénye. Emlékezzünk vissza, hogy megállapodtunk abban, hogy a szögeket mindig a megfelelő sugárra merőlegestől mérjük. Ezért a beesési szöget és a visszaverődési szöget ellentétes előjelűnek kell tekintenünk, pl. a tükrözés törvénye úgy írható fel

Összehasonlítva a (83.4)-et a fénytörés törvényével, azt látjuk, hogy a tükrözés törvénye a törési törvény speciális esetének tekinthető. Ez a formai hasonlóság a tükrözés és a fénytörés törvényei között nagyon hasznos a gyakorlati problémák megoldásában.

Az előző előadásban a törésmutató a közeg állandóját jelentette, amely független a rajta áthaladó fény intenzitásától. A törésmutató ilyen értelmezése teljesen természetes, azonban a modern lézerekkel elérhető nagy sugárzási intenzitások esetén nem indokolt. Ebben az esetben annak a közegnek a tulajdonságai, amelyen az erős fénysugárzás áthalad, annak intenzitásától függ. Ahogy mondani szokták, a közeg nemlineárissá válik. A közeg nemlinearitása különösen abban nyilvánul meg, hogy a nagy intenzitású fényhullám megváltoztatja a törésmutatót. A törésmutatónak a sugárzás intenzitásától való függése van

Itt a szokásos törésmutató, a a nemlineáris törésmutató, és az arányossági tényező. A képlet további tagja lehet pozitív vagy negatív.

A törésmutató relatív változása viszonylag kicsi. Nál nél nemlineáris törésmutató. A törésmutatóban azonban még ilyen kis változások is észrevehetők: a fény önfókuszálásának sajátos jelenségében nyilvánulnak meg.

Tekintsünk egy pozitív nemlineáris törésmutatójú közeget. Ebben az esetben a megnövekedett fényintenzitású területek egyidejűleg megnövekedett törésmutatójú területek. Valós lézersugárzás esetén az intenzitás eloszlása ​​a sugár keresztmetszetében általában egyenetlen: az intenzitás a tengely mentén maximális, és a sugár szélei felé egyenletesen csökken, amint az az 1. ábrán látható. 185 tömör görbék. Hasonló eloszlás írja le a törésmutató változását is egy cella keresztmetszetében nemlineáris közeggel, amelynek tengelye mentén a lézersugár terjed. A sejt tengelye mentén a legnagyobb törésmutató fokozatosan csökken a falai felé (szaggatott görbék a 185. ábrán).

A lézerből a tengellyel párhuzamosan kilépő, változó törésmutatójú közegbe eső sugárnyaláb abba az irányba térül el, ahol az nagyobb. Ezért a megnövekedett intenzitás az OSP cella közelében a fénysugarak koncentrációjához vezet ebben a régióban, amely vázlatosan látható a keresztmetszeteken és az 1. ábrán. 185, és ez további növekedéshez vezet. Végül a nemlineáris közegen áthaladó fénysugár effektív keresztmetszete jelentősen csökken. A fény egy keskeny csatornán halad át, megnövelt törésmutatóval. Így a lézersugár szűkül, és a nemlineáris közeg intenzív sugárzás hatására konvergáló lencseként működik. Ezt a jelenséget önfókuszálásnak nevezik. Megfigyelhető például a folyékony nitrobenzolban.

Rizs. 185. A sugárzás intenzitásának és törésmutatójának megoszlása ​​a lézersugár keresztmetszetében a küvetta bejáratánál (a), a bemeneti vég közelében (), középen (), a küvetta kimeneti végénél ()

Ez a cikk felfedi az olyan optika fogalmának a lényegét, mint a törésmutató. Adjuk az érték megszerzésének képleteit, rövid áttekintést adunk az elektromágneses hullám törés jelenségének alkalmazásáról.

Láthatóság és törésmutató

A civilizáció hajnalán az emberek feltették a kérdést: hogyan lát a szem? Azt javasolták, hogy egy személy olyan sugarakat bocsát ki, amelyek érzik a környező tárgyakat, vagy fordítva, minden dolog bocsát ki ilyen sugarakat. Erre a kérdésre a választ a XVII. Az optikában található, és összefügg a törésmutatóval. A különböző átlátszatlan felületekről visszaverődő és a határon átlátszókkal megtörő fény lehetőséget ad az embernek a látásra.

Fény és törésmutató

Bolygónkat a Nap fénye borítja. És pontosan a fotonok hullámtermészetéhez kapcsolódik egy olyan fogalom, mint az abszolút törésmutató. Vákuumban terjedve a foton nem ütközik akadályba. A bolygón a fény sokféle sűrűbb közeggel találkozik: a légkörrel (gázkeverék), vízzel, kristályokkal. Elektromágneses hullám lévén a fény fotonjai vákuumban egy fázissebességgel rendelkeznek (jelöljük c), és a környezetben - egy másik (jelölve v). Az első és a második arányát abszolút törésmutatónak nevezzük. A képlet így néz ki: n = c / v.

Fázis sebessége

Érdemes definiálni az elektromágneses közeg fázissebességét. Ellenkező esetben értse meg, mi a törésmutató n, ez tiltott. A fény fotonja hullám. Tehát egy energiacsomagként ábrázolható, amely oszcillál (képzelje el egy szinuszos szegmensét). Fázis - ez a szinusz azon szegmense, amelyen a hullám egy adott időpontban áthalad (emlékezzen arra, hogy ez fontos az ilyen mennyiség, például a törésmutató megértéséhez).

Például egy fázis lehet maximum egy szinusz vagy a meredekségének néhány szegmense. A hullám fázissebessége az a sebesség, amellyel az adott fázis mozog. Amint a törésmutató definíciója megmagyarázza, a vákuum és a közeg esetében ezek az értékek különböznek. Ráadásul minden környezetnek megvan a maga értéke ennek a mennyiségnek. Bármely átlátszó vegyület összetételétől függetlenül, a törésmutatója eltér az összes többi anyagtól.

Abszolút és relatív törésmutató

Fentebb már bemutattuk, hogy az abszolút értéket a vákuumhoz viszonyítva mérjük. Ez azonban bolygónkon nehéz: a fény gyakrabban üti meg a levegő és a víz vagy a kvarc és a spinell határát. Amint fentebb említettük, ezeknek a közegeknek a törésmutatója eltérő. Levegőben a fény fotonja egy irányban halad és egy fázissebességgel rendelkezik (v 1), de amikor vízbe kerül, megváltoztatja a terjedési irányt és a fázissebességet (v 2). Azonban mindkét irány ugyanabban a síkban van. Ez nagyon fontos annak megértéséhez, hogyan alakul ki a környező világ képe a szem retináján vagy a kamera mátrixán. A két abszolút érték aránya adja a relatív törésmutatót. A képlet így néz ki: n 12 \u003d v 1 / v 2.

De mi van akkor, ha a fény éppen ellenkezőleg, kijön a vízből, és belép a levegőbe? Ekkor ezt az értéket az n 21 = v 2 / v 1 képlet határozza meg. A relatív törésmutatók szorzásakor n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1. Ez az arány bármely közegpárra igaz. A relatív törésmutatót a beesési és törési szögek szinuszaiból találhatjuk meg n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Ne felejtse el, hogy a szögeket a normáltól a felületig számolja. Normál az a vonal, amely merőleges a felületre. Vagyis ha a probléma adott egy szöget α magához a felülethez képest esik, akkor (90 - α) szinuszát kell figyelembe venni.

A törésmutató szépsége és alkalmazásai

Nyugodt napsütéses napon a tó fenekén vakító fények játszanak. Sötétkék jég borítja a sziklát. Egy nő kezén a gyémánt több ezer szikrát szór. Ezek a jelenségek annak a következményei, hogy az átlátszó közegek minden határának relatív törésmutatója van. Ez a jelenség az esztétikai élvezet mellett gyakorlati célokra is használható.

Íme néhány példa:

• Egy üveglencse összegyűjti a napfény sugarát, és meggyújtja a füvet.
• A lézersugár a beteg szervre fókuszál, és levágja a szükségtelen szöveteket.
• Egy ősi ólomüveg ablakon megtörik a napfény, különleges hangulatot teremtve.
• A mikroszkóp nagyon apró részleteket nagyít fel
• A spektrofotométer lencséi összegyűjtik a vizsgált anyag felületéről visszavert lézerfényt. Így meg lehet érteni az új anyagok szerkezetét, majd tulajdonságait.
• Még egy fotonikus számítógépre is van projekt, ahol az információt nem elektronok továbbítják, mint most, hanem fotonok. Egy ilyen eszközhöz feltétlenül szükség lesz fénytörő elemekre.

Hullámhossz

A Nap azonban nem csak a látható spektrumban lát el minket fotonokkal. Az infravörös, ultraibolya, röntgen tartományokat az emberi látás nem érzékeli, de hatással vannak életünkre. Az infravörös sugarak melegen tartanak bennünket, az UV-fotonok ionizálják a felső légkört, és lehetővé teszik a növények számára, hogy fotoszintézis útján oxigént termeljenek.

És hogy a törésmutató mennyivel egyenlő, az nemcsak az anyagoktól függ, amelyek között a határ húzódik, hanem a beeső sugárzás hullámhosszától is. A szövegkörnyezetből általában egyértelmű, hogy melyik értékre utalunk. Vagyis ha a könyv figyelembe veszi a röntgensugárzást és annak egy személyre gyakorolt ​​hatását, akkor n ott erre a tartományra van definiálva. Általában azonban az elektromágneses hullámok látható spektrumát értjük alatta, hacsak nincs másképp meghatározva.

Törésmutató és visszaverődés

Mint a fentiekből kiderült, transzparens környezetekről beszélünk. Példaként levegőt, vizet, gyémántot említettünk. De mi a helyzet a fával, gránittal, műanyaggal? Létezik nekik olyan, hogy törésmutató? A válasz összetett, de általában igen.

Mindenekelőtt mérlegelnünk kell, hogy milyen fénnyel van dolgunk. A látható fotonok számára átlátszatlan közegeket röntgen- vagy gamma-sugárzás vágja át. Vagyis ha mindannyian szuperemberek lennénk, akkor a körülöttünk lévő egész világ átlátszó lenne számunkra, de eltérő mértékben. Például a betonból készült falak nem lennének sűrűbbek a kocsonyánál, a fém szerelvények pedig sűrűbb gyümölcsdaraboknak tűnnének.

Más elemi részecskék, müonok számára bolygónk általában átlátszó. Egy időben a tudósok sok gondot hoztak, hogy bebizonyítsák létezésük tényét. A müonok minden másodpercben milliószámra hatolnak át bennünket, de nagyon kicsi a valószínűsége annak, hogy legalább egy részecske ütközik az anyaggal, és ezt nagyon nehéz kijavítani. A Bajkál egyébként hamarosan a müonok "elfogásának" helye lesz. Mély és tiszta vize ideális erre - főleg télen. A lényeg az, hogy az érzékelők ne fagyjanak le. Így van értelme a beton törésmutatójának, például a röntgenfotonok esetében. Sőt, egy anyag röntgensugárzása az egyik legpontosabb és legfontosabb módszer a kristályok szerkezetének vizsgálatára.

Azt is érdemes megjegyezni, hogy matematikai értelemben azoknak az anyagoknak, amelyek egy adott tartományban átlátszatlanok, képzeletbeli törésmutatójuk van. Végül meg kell érteni, hogy egy anyag hőmérséklete is befolyásolhatja az átlátszóságát.

A fénytörést egy bizonyos absztrakt számnak nevezzük, amely bármely átlátszó közeg törőerejét jellemzi. Szokás n jelölni. Létezik abszolút törésmutató és relatív együttható.

Az elsőt két képlet egyikével számítjuk ki:

n = sin α / sin β = const (ahol sin α a beesési szög szinusza, és sin β a vizsgált közegbe az üregből belépő fénysugár szinusza)

n = c / υ λ (ahol c a fény sebessége vákuumban, υ λ a fénysebesség a vizsgált közegben).

Itt a számítás megmutatja, hogy a fény hányszor változtatja meg terjedési sebességét a vákuumból átlátszó közegbe való átmenet pillanatában. Ily módon meghatározzuk a törésmutatót (abszolút). A rokon meghatározásához használja a következő képletet:

Vagyis a különböző sűrűségű anyagok, például a levegő és az üveg abszolút törésmutatóit veszik figyelembe.

Általánosságban elmondható, hogy bármely test abszolút együtthatója, legyen az gáz halmazállapotú, folyékony vagy szilárd, mindig nagyobb, mint 1. Alapvetően 1 és 2 között van az értékük. Ez az érték csak kivételes esetekben lehet 2 felett. Ennek a paraméternek az értéke bizonyos környezetekben:

Ez az érték a bolygó legkeményebb természetes anyagára, a gyémántra alkalmazva 2,42. Nagyon gyakran tudományos kutatások stb. elvégzésekor ismerni kell a víz törésmutatóját. Ez a paraméter 1,334.

Mivel a hullámhossz mutató, természetesen nem állandó, az n betűhöz indexet rendelünk. Értéke segít megérteni, hogy a spektrum melyik hullámára vonatkozik ez az együttható. Ha ugyanazt az anyagot vesszük figyelembe, de a fény hullámhosszának növekedésével, a törésmutató csökken. Ez a körülmény okozta a fény spektrummá bomlását, amikor áthalad egy lencsén, prizmán stb.

A törésmutató értékével meg lehet határozni például, hogy az egyik anyagból mennyi oldódik a másikban. Ez hasznos lehet például sörfőzéskor, vagy ha tudnia kell a cukor, a gyümölcs vagy a bogyók koncentrációját a lében. Ez a mutató fontos a kőolajtermékek minőségének meghatározásánál is, illetve az ékszereknél, amikor egy kő eredetiségét kell igazolni stb.

Anyag használata nélkül a műszer okulárjában látható skála teljesen kék lesz. Ha közönséges desztillált vizet cseppent egy prizmára, a műszer megfelelő kalibrálásával a kék és fehér szín határa szigorúan a nulla jel mentén halad. Egy másik anyag vizsgálatakor az eltolódik a skála mentén aszerint, hogy milyen törésmutatója van.