Lomni količnik

Lomni količnik snovi - vrednost, ki je enaka razmerju faznih hitrosti svetlobe (elektromagnetnih valov) v vakuumu in v danem mediju. Tudi o lomnem količniku včasih govorimo za katere koli druge valove, na primer zvok, čeprav je treba v primerih, kot je slednji, definicijo seveda nekako spremeniti.

Lomni količnik je odvisen od lastnosti snovi in ​​valovne dolžine sevanja, pri nekaterih snoveh se lomni količnik precej močno spremeni, ko se frekvenca elektromagnetnega valovanja spremeni iz nizkih frekvenc v optično in več, pri določenih pa se lahko spremeni tudi še močneje. področja frekvenčne lestvice. Privzeto je običajno optični razpon ali obseg, ki ga določa kontekst.

Povezave

• Baza podatkov o lomnem indeksu RefractiveIndex.INFO

Fundacija Wikimedia. 2010 .

Poglejte, kaj je "Lomni indeks" v drugih slovarjih:

Glede na dva medija n21, brezdimenzijsko razmerje hitrosti širjenja optičnega sevanja (c veta a) v prvem (c1) in drugem (c2) mediju: n21=c1/c2. Hkrati se sklicuje. P. p. je razmerje sinusov g in padca j in pri g l ... ... Fizična enciklopedija

Glej lomni indeks ...

Glej indeks loma. * * * KAZALO LOMA KAZALO LOMA, glej lomni indeks (glej KAZALO LOMA) … enciklopedični slovar- REFRACTIVE INDEX, vrednost, ki označuje medij in je enaka razmerju med hitrostjo svetlobe v vakuumu in hitrostjo svetlobe v mediju (absolutni lomni količnik). Lomni količnik n je odvisen od dielektrične e in magnetne prepustnosti m ... ... Ilustrirani enciklopedični slovar

- (glej KAZATELJ REFRAKCIJE). Fizični enciklopedični slovar. Moskva: Sovjetska enciklopedija. Glavni urednik A. M. Prokhorov. 1983... Fizična enciklopedija

Oglejte si lomni količnik ... Velika sovjetska enciklopedija

Razmerje med hitrostjo svetlobe v vakuumu in hitrostjo svetlobe v mediju (absolutni lomni količnik). Relativni lomni količnik dveh medijev je razmerje med hitrostjo svetlobe v mediju, iz katerega svetloba pade na vmesnik, do hitrosti svetlobe v drugem ... ... Veliki enciklopedični slovar

Lekcija 25/III-1 Širjenje svetlobe v različnih medijih. Lom svetlobe na vmesniku med dvema medijema.

Učenje nove snovi.

Do sedaj smo obravnavali širjenje svetlobe v enem mediju, kot običajno - v zraku. Svetloba se lahko širi v različnih medijih: prehaja iz enega medija v drugega; na vpadnih točkah se žarki ne le odbijajo od površine, ampak tudi delno prehajajo skozi njo. Takšni prehodi povzročajo številne lepe in zanimive pojave.

Sprememba smeri širjenja svetlobe, ki prehaja skozi mejo dveh medijev, se imenuje lom svetlobe.

Del svetlobnega snopa, ki pade na vmesnik med dvema prosojnima medijema, se odbije, del pa gre v drug medij. V tem primeru se spremeni smer svetlobnega snopa, ki je prešel v drug medij. Zato se pojav imenuje lom, žarek pa lom.

1 - vpadni žarek

2 - odbit žarek

3 – lomljeni žarek α β

OO 1 - meja med dvema medijema

MN - pravokotna O O 1

Kot, ki ga tvori žarek in pravokotnica na vmesnik med dvema medijema, znižana na točko vpada žarka, se imenuje lomni kot γ (gama).

Svetloba v vakuumu potuje s hitrostjo 300.000 km/s. V katerem koli mediju je svetlobna hitrost vedno manjša kot v vakuumu. Ko torej svetloba prehaja iz enega medija v drugega, se njena hitrost zmanjša in to je razlog za lom svetlobe. Nižja kot je hitrost širjenja svetlobe v danem mediju, večja je optična gostota tega medija. Na primer, zrak ima večjo optično gostoto kot vakuum, ker je svetlobna hitrost v zraku nekoliko manjša kot v vakuumu. Optična gostota vode je večja od optične gostote zraka, saj je svetlobna hitrost v zraku večja kot v vodi.

Bolj ko se optična gostota dveh medijev razlikuje, več svetlobe se lomi na njunem vmesniku. Bolj ko se spreminja hitrost svetlobe na vmesniku med dvema medijema, bolj se lomi.

Za vsako prozorno snov obstaja tako pomembna fizikalna lastnost, kot je lomni količnik svetlobe n. Kaže, kolikokrat je svetlobna hitrost v določeni snovi manjša kot v vakuumu.

Lomni količnik

Razmerje med vpadnim in lomnim kotom je odvisno od optične gostote posameznega medija. Če svetlobni žarek prehaja iz medija z nižjo optično gostoto v medij z večjo optično gostoto, bo lomni kot manjši od vpadnega kota. Če svetlobni žarek prehaja iz medija z večjo optično gostoto, bo lomni kot manjši od vpadnega kota. Če svetlobni žarek prehaja iz medija z večjo optično gostoto v medij z nižjo optično gostoto, je lomni kot večji od vpadnega kota.

To je, če je n 1 γ; če je n 1 >n 2 , potem α<γ.

Zakon loma svetlobe :

Vpadni žarek, lomljeni žarek in pravokotnica na vmesnik med dvema medijema na točki vpada žarka ležijo v isti ravnini.

Razmerja med vpadnim in lomnim kotom določa formula.

kjer je sinus vpadnega kota, je sinus lomnega kota.

Vrednost sinusov in tangent za kote 0 - 900

Zakon loma svetlobe je prvi oblikoval nizozemski astronom in matematik W. Snelius okoli leta 1626, profesor na univerzi v Leidnu (1613).

Za 16. stoletje je bila optika ultramoderna znanost.Iz steklene krogle, napolnjene z vodo, ki so jo uporabljali kot lečo, je nastala povečevalna stekla. In iz njega so izumili nadzorno steklo in mikroskop. Takrat je Nizozemska potrebovala teleskope, da bi si ogledala obalo in pravočasno pobegnila pred sovražniki. Za uspeh in zanesljivost navigacije je poskrbela optika. Zato se je na Nizozemskem veliko znanstvenikov zanimalo za optiko. Nizozemec Skel Van Royen (Snelius) je opazoval, kako se tanek žarek svetlobe odbija v ogledalu. Izmeril je vpadni in odbojni kot in ugotovil, da je odbojni kot enak vpadnemu kotu. Prav tako ima v lasti zakone odboja svetlobe. Izvedel je zakon loma svetlobe.

Razmislite o zakonu loma svetlobe.

V njem - relativni lomni količnik drugega medija glede na prvi, v primeru, ko ima drugi visoko optično gostoto. Če se svetloba lomi in prehaja skozi medij z nižjo optično gostoto, potem α< γ, тогда

Če je prvi medij vakuum, potem je n 1 =1.

Ta indeks se imenuje absolutni lomni količnik drugega medija:

kjer je hitrost svetlobe v vakuumu, hitrost svetlobe v danem mediju.

Posledica loma svetlobe v Zemljini atmosferi je dejstvo, da vidimo Sonce in zvezde nekoliko nad njihovim dejanskim položajem. Lom svetlobe lahko pojasni pojav fatamorganov, mavric ... pojav loma svetlobe je osnova principa delovanja numeričnih optičnih naprav: mikroskopa, teleskopa, kamere.

Obrnimo se na podrobnejšo obravnavo lomnega količnika, ki smo ga uvedli v § 81 pri oblikovanju lomnega zakona.

Lomni količnik je odvisen od optičnih lastnosti in medija, iz katerega žarek pade, in medija, v katerega prodre. Lomni količnik, ki ga dobimo, ko svetloba iz vakuuma pade na medij, se imenuje absolutni lomni količnik tega medija.

riž. 184. Relativni lomni količnik dveh medijev:

Naj bo absolutni lomni količnik prvega medija in drugega medija - . Glede na lom na meji prvega in drugega medija poskrbimo, da je lomni količnik pri prehodu iz prvega medija v drugega, tako imenovani relativni količnik loma, enak razmerju absolutnih količnikov loma medija. drugi in prvi medij:

(slika 184). Nasprotno, pri prehodu iz drugega medija v prvega imamo relativni lomni količnik

Ugotovljeno povezavo med relativnim lomnim količnikom dveh medijev in njunima absolutnim lomnim količnikom bi bilo mogoče izpeljati tudi teoretično, brez novih eksperimentov, tako kot za zakon reverzibilnosti (§ 82),

Za medij z višjim lomnim količnikom pravimo, da je optično gostejši. Običajno se meri lomni količnik različnih medijev glede na zrak. Absolutni lomni količnik zraka je . Tako je absolutni lomni količnik katerega koli medija povezan z njegovim lomnim količnikom glede na zrak s formulo

Tabela 6. Lomni količnik različnih snovi glede na zrak

Lomni količnik je odvisen od valovne dolžine svetlobe, torej od njene barve. Različne barve ustrezajo različnim lomnim količnikom. Ta pojav, imenovan disperzija, igra pomembno vlogo v optiki. V naslednjih poglavjih se bomo s tem pojavom večkrat ukvarjali. Podatki, navedeni v tabeli. 6, glej rumeno svetlobo.

Zanimivo je, da je zakon odboja mogoče formalno zapisati v enaki obliki kot zakon loma. Spomnimo se, da smo se dogovorili, da vedno merimo kote od pravokotnice na ustrezen žarek. Zato moramo upoštevati, da imata vpadni in odbojni kot nasprotna predznaka, t.j. zakon refleksije lahko zapišemo kot

Če primerjamo (83.4) z zakonom o lomu, vidimo, da lahko zakon odboja obravnavamo kot poseben primer zakona o lomu pri . Ta formalna podobnost med zakoni odboja in loma je zelo koristna pri reševanju praktičnih problemov.

V prejšnji predstavitvi je imel lomni količnik pomen konstante medija, neodvisno od jakosti svetlobe, ki prehaja skozenj. Takšna interpretacija lomnega količnika je povsem naravna, vendar v primeru visokih intenzivnosti sevanja, ki jih je mogoče doseči z uporabo sodobnih laserjev, ni upravičena. Lastnosti medija, skozi katerega prehaja močno svetlobno sevanje, so v tem primeru odvisne od njegove intenzivnosti. Kot pravijo, medij postane nelinearen. Nelinearnost medija se kaže zlasti v tem, da svetlobni val visoke intenzivnosti spremeni lomni količnik. Odvisnost lomnega količnika od intenzivnosti sevanja ima obliko

Tukaj je običajni lomni količnik, a je nelinearni lomni količnik in je faktor sorazmernosti. Dodatni izraz v tej formuli je lahko pozitiven ali negativen.

Relativne spremembe lomnega količnika so razmeroma majhne. Pri nelinearni lomni količnik. Vendar pa so opazne tudi tako majhne spremembe v lomnem količniku: kažejo se v posebnem pojavu samofokusiranja svetlobe.

Upoštevajte medij s pozitivnim nelinearnim lomnim količnikom. V tem primeru so območja povečane intenzivnosti svetlobe hkrati območja povečanega lomnega količnika. Običajno je pri resničnem laserskem sevanju porazdelitev intenzivnosti po prečnem prerezu žarka neenakomerna: intenzivnost je največja vzdolž osi in se gladko zmanjšuje proti robovom žarka, kot je prikazano na sl. 185 trdnih krivulj. Podobna porazdelitev opisuje tudi spremembo lomnega količnika po preseku celice z nelinearnim medijem, po osi katere se širi laserski žarek. Lomni količnik, ki je največji vzdolž osi celice, se postopoma zmanjšuje proti njenim stenam (črtkane krivulje na sliki 185).

Žarek žarkov, ki izhaja iz laserja vzporedno z osjo in pade v medij s spremenljivim lomnim količnikom, se odkloni v smeri, kjer je večji. Zato povečana intenzivnost v bližini celice OSP vodi do koncentracije svetlobnih žarkov v tem območju, kar je shematično prikazano v prerezih in na sl. 185, kar vodi v nadaljnje povečanje . Končno se efektivni presek svetlobnega snopa, ki prehaja skozi nelinearni medij, znatno zmanjša. Svetloba prehaja kot skozi ozek kanal s povečanim lomnim količnikom. Tako se laserski žarek zoži, nelinearni medij pa pod vplivom intenzivnega sevanja deluje kot konvergentna leča. Ta pojav se imenuje samoosredotočenost. Opazimo ga lahko na primer v tekočem nitrobenzenu.

riž. 185. Porazdelitev intenzivnosti sevanja in lomnega količnika po preseku laserskega žarka na vhodu v kiveto (a), blizu vhodnega konca (), na sredini (), blizu izhodnega konca kivete ()

Ta članek razkriva bistvo takega koncepta optike, kot je lomni količnik. Podane so formule za pridobitev te vrednosti, podan je kratek pregled uporabe pojava loma elektromagnetnega valovanja.

Sposobnost vida in lomni količnik

Na zori civilizacije so ljudje postavljali vprašanje: kako vidi oko? Predlagano je bilo, da oseba oddaja žarke, ki čutijo okoliške predmete, ali, nasprotno, vse stvari oddajajo takšne žarke. Odgovor na to vprašanje je bil dan v sedemnajstem stoletju. Vsebuje ga optika in je povezan s tem, kakšen je lomni količnik. Svetloba, ki se odbija od različnih neprozornih površin in se lomi na meji s prozornimi, daje človeku možnost videti.

Svetlobni in lomni indeks

Naš planet je zavit v sončno svetlobo. In ravno z valovno naravo fotonov je povezan tak koncept, kot je absolutni lomni količnik. Pri širjenju v vakuumu foton ne naleti na ovire. Svetloba na planetu naleti na veliko različnih gostejših medijev: ozračje (mešanica plinov), voda, kristali. Kot elektromagnetno valovanje imajo fotoni svetlobe eno fazno hitrost v vakuumu (označeno c), in v okolju - drugo (označeno v). Razmerje med prvim in drugim je tisto, kar imenujemo absolutni lomni količnik. Formula izgleda takole: n = c / v.

Fazna hitrost

Vredno je dati definicijo fazne hitrosti elektromagnetnega medija. Sicer razumejte, kaj je lomni količnik n, je prepovedano. Foton svetlobe je val. Torej ga lahko predstavimo kot paket energije, ki niha (predstavljajte si segment sinusoide). Faza - to je segment sinusoida, ki ga val prehaja v določenem času (spomnimo se, da je to pomembno za razumevanje takšne količine, kot je lomni količnik).

Na primer, faza je lahko največ sinusoida ali del njenega pobočja. Fazna hitrost valovanja je hitrost, s katero se ta določena faza premika. Kot pojasnjuje definicija lomnega količnika, se za vakuum in medij te vrednosti razlikujejo. Poleg tega ima vsako okolje svojo vrednost te količine. Vsaka prozorna spojina, ne glede na sestavo, ima lomni količnik, ki se razlikuje od vseh drugih snovi.

Absolutni in relativni lomni količnik

Zgoraj je bilo že prikazano, da se absolutna vrednost meri glede na vakuum. Vendar je to na našem planetu težko: svetloba pogosteje zadene mejo zraka in vode ali kremena in špinele. Za vsakega od teh medijev je, kot je navedeno zgoraj, lomni količnik drugačen. V zraku foton svetlobe potuje vzdolž ene smeri in ima eno fazno hitrost (v 1), ko pa vstopi v vodo, spremeni smer širjenja in fazno hitrost (v 2). Vendar pa obe smeri ležita v isti ravnini. To je zelo pomembno za razumevanje, kako na mrežnici očesa ali na matriksu kamere nastane slika okoliškega sveta. Razmerje obeh absolutnih vrednosti daje relativni lomni količnik. Formula izgleda takole: n 12 \u003d v 1 / v 2.

Kaj pa, če svetloba, nasprotno, pride iz vode in vstopi v zrak? Potem bo ta vrednost določena s formulo n 21 = v 2 / v 1. Ko pomnožimo relativne lomne indekse, dobimo n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1. To razmerje velja za kateri koli par medijev. Relativni lomni količnik je mogoče najti iz sinusov vpadnih in lomnih kotov n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Ne pozabite, da se koti štejejo od normale do površine. Normalna je črta, ki je pravokotna na površino. Se pravi, če je problemu podan kot α pada glede na samo površino, je treba upoštevati sinus (90 - α).

Lepota lomnega količnika in njegove uporabe

Na miren sončen dan se na dnu jezera igra bleščanje. Temno modri led prekriva skalo. Na ženski roki diamant razprši na tisoče isker. Ti pojavi so posledica dejstva, da imajo vse meje prosojnih medijev relativni lomni količnik. Poleg estetskega užitka se ta pojav lahko uporablja tudi za praktično uporabo.

Tukaj je nekaj primerov:

• Steklena leča zbira žarek sončne svetlobe in zažge travo.
• Laserski žarek se osredotoči na oboleli organ in odreže nepotrebno tkivo.
• Sončna svetloba se lomi na starodavnem vitražnem oknu in ustvarja posebno vzdušje.
• Mikroskop poveča zelo majhne podrobnosti
• Leče spektrofotometra zbirajo lasersko svetlobo, ki se odbija od površine preučevane snovi. Tako je mogoče razumeti strukturo, nato pa lastnosti novih materialov.
• Obstaja celo projekt za fotonski računalnik, kjer informacije ne bodo prenašali elektroni, kot je zdaj, ampak fotoni. Za takšno napravo bodo zagotovo potrebni lomni elementi.

Valovna dolžina

Sonce pa nas oskrbuje s fotoni ne le v vidnem spektru. Človeški vid ne zazna infrardečih, ultravijoličnih in rentgenskih žarkov, vendar vplivajo na naše življenje. IR žarki nas ogrevajo, UV fotoni ionizirajo zgornjo atmosfero in omogočajo rastlinam, da s fotosintezo proizvajajo kisik.

In koliko je lomni količnik enak, ni odvisno samo od snovi, med katerimi je meja, temveč tudi od valovne dolžine vpadnega sevanja. Običajno je iz konteksta jasno, na katero vrednost se nanaša. Se pravi, če knjiga obravnava rentgenske žarke in njihov učinek na osebo, potem n tam je definiran za ta obseg. Toda običajno je mišljen vidni spekter elektromagnetnih valov, razen če ni drugače določeno.

Lomni količnik in odboj

Kot je razvidno iz zgornjega, govorimo o transparentnih okoljih. Kot primere smo navedli zrak, vodo, diamant. Kaj pa les, granit, plastika? Ali zanje obstaja kaj takega, kot je lomni količnik? Odgovor je zapleten, a na splošno pritrdilen.

Najprej moramo razmisliti, s kakšno svetlobo imamo opravka. Tiste medije, ki so neprozorni za vidne fotone, prereže rentgensko ali gama sevanje. Se pravi, če bi bili vsi supermožje, bi nam bil ves svet okoli nas pregleden, vendar v različni meri. Na primer, betonske stene ne bi bile gostejše od želeja, kovinska armatura pa bi bila videti kot koščki gostejšega sadja.

Za druge elementarne delce, mione, je naš planet na splošno pregleden skozi in skozi. Nekoč so znanstveniki prinesli veliko težav, da bi dokazali samo dejstvo svojega obstoja. Mioni nas vsako sekundo prebodejo na milijone, vendar je verjetnost trka vsaj enega delca s snovjo zelo majhna in to je zelo težko popraviti. Mimogrede, Bajkal bo kmalu postal kraj za "lov" mionov. Njegova globoka in čista voda je idealna za to – še posebej pozimi. Glavna stvar je, da senzorji ne zmrznejo. Tako je lomni količnik betona, na primer za rentgenske fotone, smiseln. Poleg tega je rentgensko obsevanje snovi ena najbolj natančnih in najpomembnejših metod za preučevanje strukture kristalov.

Prav tako je vredno zapomniti, da imajo v matematičnem smislu snovi, ki so neprozorne za dano območje, namišljen lomni količnik. Končno je treba razumeti, da lahko temperatura snovi vpliva tudi na njeno preglednost.

Lom se imenuje določeno abstraktno število, ki označuje lomno moč katerega koli prosojnega medija. Običajno ga označujemo n. Obstajata absolutni lomni količnik in relativni koeficient.

Prva se izračuna z eno od dveh formul:

n = sin α / sin β = const (kjer je sin α sinus vpadnega kota, sin β pa je sinus svetlobnega žarka, ki vstopa v obravnavani medij iz praznine)

n = c / υ λ (kjer je c hitrost svetlobe v vakuumu, υ λ je hitrost svetlobe v preučevanem mediju).

Tukaj izračun pokaže, kolikokrat svetloba spremeni svojo hitrost širjenja v trenutku prehoda iz vakuuma v prozoren medij. Na ta način se določi lomni količnik (absolutni). Če želite izvedeti sorodnika, uporabite formulo:

To pomeni, da se upoštevajo absolutni lomni indeksi snovi različnih gostot, kot sta zrak in steklo.

Na splošno so absolutni koeficienti vseh teles, plinastih, tekočih ali trdnih, vedno večji od 1. V bistvu se njihove vrednosti gibljejo od 1 do 2. Ta vrednost je lahko le v izjemnih primerih nad 2. Vrednost tega parametra za nekatera okolja:

Ta vrednost, če jo uporabimo za najtršo naravno snov na planetu, diamant, je 2,42. Zelo pogosto je pri izvajanju znanstvenih raziskav itd. potrebno poznati lomni količnik vode. Ta parameter je 1,334.

Ker je valovna dolžina indikator, seveda ni konstanten, je indeks dodeljen črki n. Njegova vrednost pomaga razumeti, na kateri val spektra se ta koeficient nanaša. Če upoštevamo isto snov, vendar z naraščajočo valovno dolžino svetlobe, se bo lomni količnik zmanjšal. Ta okoliščina je povzročila razgradnjo svetlobe v spekter pri prehodu skozi lečo, prizmo itd.

Po vrednosti lomnega količnika lahko na primer določite, koliko ene snovi je raztopljeno v drugi. To je uporabno na primer pri pivovarstvu ali ko morate vedeti koncentracijo sladkorja, sadja ali jagodičja v soku. Ta kazalnik je pomemben tudi pri določanju kakovosti naftnih derivatov in pri nakitu, ko je treba dokazati pristnost kamna itd.

Brez uporabe kakršne koli snovi bo lestvica, vidna v okularju instrumenta, popolnoma modra. Če spustite navadno destilirano vodo na prizmo, s pravilno kalibracijo instrumenta, bo meja modre in bele barve potekala strogo vzdolž ničelne oznake. Pri pregledu druge snovi se bo premaknila po lestvici glede na lomni količnik, ki ga ima.