Показатель преломления

Определение показателя преломления

Определить показатель преломления стекла на практике довольно сложно, потому что требуются высокоточные приборы для измерения начальных данных. Любая погрешность будет возрастать, так как при вычислении используются сложные формулы, требующие отсутствия ошибок.

Вообще данный коэффициент показывает, во сколько раз замедляется скорость распространения световых лучей при прохождении через определенное препятствие. Поэтому он характерен только для прозрачных материалов. За эталонное значение, то бишь за единицу, взят показатель преломления газов. Это было сделано для того, чтобы можно было отталкиваться от какого-нибудь значения при расчетах.

Если солнечный луч падает на поверхность стекла с показателем преломления, который равен табличному значению, то изменить его можно несколькими способами:

  • 1.    Поклеить сверху пленку, у которой коэффициент преломления будет выше, чем у стекла. Этот принцип используется в тонировке окон автомобиля, чтобы улучшить комфорт пассажиров и позволить водителю более четко наблюдать за дорожной обстановкой. Также пленка будет сдерживать и ультрафиолетовое излучение.
  • 2.    Покрасить стекло краской. Так поступают производители дешевых солнцезащитных очков, но стоит учесть, что это может быть вредно для зрения. В хороших моделях стекла сразу производятся цветными по специальной технологии.
  • 3.    Погрузить стекло в какую-либо жидкость. Это полезно исключительно для опытов.

Если луч света переходит из стекла, то показатель преломления на следующем материале рассчитывается при помощи использования относительного коэффициента, который можно получить, сопоставив между собой табличные значения. Эти вычисления очень важны при проектировке оптических систем, которые несут практическую или экспериментальную нагрузку. Ошибки здесь недопустимы, потому что они приведут к неправильной работе всего прибора, и тогда любые полученные с его помощью данные будут бесполезны.

Чтобы определить скорость света в стекле с показателем преломления, нужно абсолютное значение скорости в вакууме разделить на величину преломления. Вакуум используется в качестве эталонной среды, потому что там не действует преломление из-за отсутствия каких-либо веществ, которые могли бы мешать беспрепятственному движению световых лучей по заданной траектории.

В любых расчетных показателях скорость будет меньше, чем в эталонной среде, так как коэффициент преломления всегда больше единицы.

Абсолютный показатель

Абсолютный показатель преломления зависит от марки стекла, так как на практике имеется огромное количество вариантов, отличающихся по составу и степени прозрачности. В среднем он составляет 1,5 и колеблется вокруг этого значения на 0,2 в ту или иную сторону. В редких случаях могут быть отклонения от этой цифры.

Опять-таки, если важен точный показатель, то без дополнительных измерений не обойтись. Но и они не дают стопроцентно достоверного результата, так как на итоговое значение будет влиять положение солнца на небосводе и облачность в день измерений. К счастью, в 99,99% случае достаточно просто знать, что показатель преломления такого материала, как стекло больше единицы и меньше двойки, а все остальные десятые и сотые доли не играют роли.

На форумах, которые занимаются помощью в решении задач по физике, часто мелькает вопрос, каков показатель преломления стекла и алмаза? Многие думают, что раз эти два вещества похожи внешне, то и свойства у них должны быть примерно одинаковыми. Но это заблуждение.

Максимальное преломление у стекла будет находиться на уровне около 1,7, в то время как у алмаза этот показатель достигает отметки 2,42. Данный драгоценный камень является одним из немногих материалов на Земле, чей уровень преломления превышает отметку 2. Это связано с его кристаллическим строением и большим уровнем разброса световых лучей. Огранка играет в изменениях табличного значения минимальную роль.

Измерение показателя преломления стекла с помощью лазера

Этот эксперимент провести сложнее, чем предыдущий. Для него необходимо использовать лазер с известной длиной волны, маленькое отверстие, через которое будет проходить лазерный луч, стеклянную пластинку и экран. Поскольку разброс длин волн, излучаемых лазером, не велик, то явление дисперсии не оказывает влияние на результаты измерений. В этом заключается преимущество этого метода по сравнению с предыдущим.

Принцип действия лазерного метода заключается в явлениях дифракции, полного внутреннего отражения света от границы пластинки и интерференции волн на экране. Из анализа дифракционной картины можно вычислить показатель преломления стекла.

Поскольку толщина полуцилиндра в предыдущем методе измерения является небольшой, то дисперсией света в нем можно пренебречь. Это значит, что справедлив следующий вывод: измерение показателя преломления стекла лучше проводить при помощи более простого способа с лампой белого света, чем с использованием лазера.

Описание

Показатель преломления, как абсолютный, так и относительный (см. ниже), равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления (см. Закон преломления света), и зависит от природы (свойств) вещества и длины волны излучения; для некоторых веществ показатель преломления достаточно сильно меняется при изменении частоты электромагнитных волн от низких частот до оптических и далее, а также может ещё более резко меняться в определённых областях частотной шкалы. По умолчанию обычно имеется в виду оптический диапазон или диапазон, определяемый контекстом.

Существуют оптически анизотропные вещества, в которых показатель преломления зависит от направления и поляризации света. Такие вещества достаточно распространены, в частности, это все кристаллы с достаточно низкой симметрией кристаллической решётки, а также вещества, подвергнутые механической деформации.

Показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрической проницаемостей среды

n=με{\displaystyle n={\sqrt {\mu \varepsilon }}}

(надо при этом учитывать, что значения магнитной проницаемости μ{\displaystyle \mu } и диэлектрической проницаемости ε{\displaystyle \varepsilon } для интересующего диапазона частот — например, оптического, могут очень сильно отличаться от статических значений этих величин).

В поглощающих средах диэлектрическая проницаемость содержит мнимую компоненту ε^=ε1+iε2{\displaystyle {\boldsymbol {\hat {\varepsilon }}}=\varepsilon _{1}+i\varepsilon _{2}}, поэтому показатель преломления n^=με^{\displaystyle {\boldsymbol {\hat {n}}}={\sqrt {\mu {\boldsymbol {\hat {\varepsilon }}}}}} становится комплексным: n^=n+ik{\displaystyle {\boldsymbol {\hat {n}}}=n+ik}. В области оптических частот, где μ=1{\displaystyle \mu =1}, действительная часть показателя преломления n=ε1+ε12+ε222{\displaystyle n={\sqrt {\frac {\varepsilon _{1}+{\sqrt {\varepsilon _{1}^{2}+\varepsilon _{2}^{2}}}}{2}}}} описывает, собственно, преломление, а мнимая часть k=ε22n{\displaystyle k={\frac {\varepsilon _{2}}{2n}}} —- поглощение.

Показатель преломления
Падение и преломление лучей (волн) света

По закону преломления волн преломлённый луч BC{\displaystyle BC} содержится в одной плоскости с падающим лучом AB{\displaystyle AB}, каковой падает на поверхность раздела сред, и нормалью N{\displaystyle N} в точке падения B{\displaystyle B}, а отношение синуса угла падения θ1{\displaystyle \theta _{1}} к синусу угла преломления θ2{\displaystyle \theta _{2}} равно отношению скоростей распространения v1{\displaystyle v_{1}} и v2{\displaystyle v_{2}} волн в этих средах. Это отношение является постоянным для данных сред и называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Обозначая его как n21{\displaystyle n_{21}}, получаем, что выполняется:

n21=v1v2,{\displaystyle n_{21}={\frac {v_{1}}{v_{2}}},}

где v1{\displaystyle v_{1}} и v2{\displaystyle v_{2}} — фазовые скорости света в первой и второй средах соответственно.

Аналогично, для относительного показателя преломления первой среды относительно второй n12{\displaystyle n_{12}} выполняется:

n12=v2v1,{\displaystyle n_{12}={\frac {v_{2}}{v_{1}}},}

Очевидно, что n12{\displaystyle n_{12}} и n21{\displaystyle n_{21}} связаны соотношением:

n12n21=1.{\displaystyle n_{12}n_{21}=1.}

Относительный показатель преломления, при прочих равных условиях, обычно меньше единицы при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную, и больше единицы при переходе луча из среды менее плотной в среду более плотную (например, из газа или из вакуума в жидкость или твёрдое тело). Есть исключения из этого правила, и потому среду с относительным показателем преломления, бо́льшим единицы, принято называть оптически более плотной, чем другая (не путать с оптической плотностью как мерой непрозрачности среды).

Луч, падающий из вакуума на поверхность какой-нибудь среды, преломляется сильнее, чем при падении на неё из другой среды; показатель преломления среды, соответствующий лучу, падающему на неё из вакуума, называется абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления; это и есть показатель преломления, определение которого дано в начале статьи. Абсолютный показатель преломления любого газа, в том числе воздуха, при обычных условиях мало отличается от единицы, поэтому приближенно (и со сравнительно неплохой точностью) об абсолютном показателе преломления исследуемой среды можно судить по её показателю преломления относительно воздуха.

Для измерения показателя преломления используют ручные и автоматические рефрактометры.

Задача № 1

Условие. Показатель преломления стекла имеет значение 1,52. Необходимо определить предельный угол, на который полностью отражается свет от раздела поверхностей: стекла с воздухом, воды с воздухом, стекла с водой.

Решение.

Потребуется воспользоваться данными показателем преломления для воды, данным в таблице. Он же для воздуха принимается равным единице.

Решение во всех трех случаях сводится к расчетам по формуле:

sin α/sin β = n1 /n2, где n2 относится к той среде, из которой распространяется свет, а n1 куда проникает.

Буквой αобозначен предельный угол. Значение угла β равно 90 градусам. То есть его синус будет единицей.

Для первого случая: sin α = 1 /n стекла, тогда предельный угол оказывается равным арксинусу от 1 /n стекла. 1/1,52 = 0,6579. Угол равен 41,14º.

Во втором случае при определении арксинуса нужно подставить значение показателя преломления воды. Дробь 1 /n воды примет значение1/1,33 = 0, 7519. Это арксинус угла 48,75º.

Третий случай описывается отношением n воды и n стекла. Арксинус потребуется вычислить для дроби: 1,33/1,52, то есть числа 0,875. Находим значение предельного угла по его арксинусу: 61,05º.

Ответ: 41,14º, 48,75º, 61,05º.

Математика явления преломления

Преломление вместе с отражением света изучается человечеством с давних времен, достаточно вспомнить имена Птолемея, Герона Александрийского и Аристотеля. Математический закон, описывающий это явление, называется законом Снелла.

Показатель преломления

В начале XVII века голландский математик по фамилии Снелл (Снеллиус) первым получил соответствующее математическое выражение, обобщая множество экспериментальных данных. Стоит отметить, что аналогичное выражение было получено также арабским математиком Ибн Сахлем в X веке, но о его работах после темного Средневековья никто не вспомнил на заре Нового времени.

Если обозначить угол между перпендикуляром к поверхности раздела сред и падающим узким лучом света символом θ1 (тета один), а между тем же перпендикуляром и преломленным лучом — символом θ2, тогда можно записать равенство:

Это выражение и есть вышеупомянутый закон Снелла. К нему часто добавляют еще один закон преломления, утверждающий, что в плоскости, образованной падающим и преломленным лучами, также лежит перпендикуляр к поверхности раздела сред. Величины n1 и n2 называются показателями преломления 1-й и 2-й среды.

Значение синусов і тангенсов для углов 0 – 900

Градусы

Sin α

tg α

Градусы

Sin α

tg α

Градусы

Sin α

tg α

0,0000

0,0000

31

0,515

0,6009

61

0,8746

1,804

1

0,0175

0,0175

32

0,5299

0,6249

62

0,8829

1,881

2

0,0349

0,0349

33

0,5446

0,6494

63

0,891

1,963

3

0,0523

0,0524

34

0,5592

0,6745

64

0,8988

2,05

4

0,0698

0,0699

35

0,5736

0,7002

65

0,9063

2,145

5

0,0872

0,0875

36

0,5878

0,7265

66

0,9135

2,246

6

0,1045

0,1051

37

0,6018

0,7536

67

0,9205

2,356

7

0,1219

0,1228

38

0,6157

0,7813

68

0,9272

2,475

8

0,1392

0,1405

39

0,6293

0,8098

69

0,9336

2,605

9

0,1564

0,1584

40

0,6428

0,8391

70

0,9397

2,747

10

0,1736

0,1763

41

0,6561

0,8693

71

0,9455

2,904

11

0,1908

0,1944

42

0,6691

0,9004

72

0,9511

3,078

12

0,2079

0,2126

43

0,682

0,9325

73

0,9563

3,271

13

0,225

0,2309

44

0,6947

0,9657

74

0,9613

3,487

14

0,2419

0,2493

45

0,7071

1,0

75

0,9659

3,732

15

0,2588

0,2679

46

0,7193

1,036

76

0,9703

4,011

16

0,2756

0,2867

47

0,7314

1,072

77

0,9744

4,331

17

0,2924

0,3057

48

0,7431

1,111

78

0,9781

4,705

18

0,309

0,3249

49

0,7547

1,15

79

0,9816

5,145

19

0,3256

0,3443

50

0,767

1,192

80

0,9848

5,671

20

0,342

0,364

51

0,7771

1,235

81

0,9877

6,314

21

0,3584

0,3839

52

0,788

1,28

82

0,9903

7,115

22

0,3746

0,404

53

0,7986

1,327

83

0,9925

8,144

23

0,3907

0,4245

54

0,809

1,376

84

0,9945

9,541

24

0,4067

0,4452

55

0,8192

1,428

85

0,9962

11,43

25

0,4226

0,4663

56

0,829

1,483

86

0,9976

14,3

26

0,4384

0,4877

57

0,8387

1,54

87

0,9986

19,08

27

0,454

0,5095

58

0,848

1,6

88

0,9994

28,64

28

0,4695

0,5317

59

0,8572

1,664

89

0,9998

57,29

29

0,4848

0,5543

60

0,866

1,732

90

1,0

—-

30

0,5

0,5774

Закон преломления
света впервые сформулировал голландский
астроном и математик В. Снелиус около
1626 г, профессор Лейденского университета
(1613 г).

Для XVI столетия
оптика была ультрасовременной наукой.Из
стеклянного шара, наполненного водой,
которым пользовались как линзой, возникло
увеличительное стекло. А из него изобрели
подзорную трубу и микроскоп. В то время
Нидерландам нужны были подзорные трубы
для рассматривания берега и своевременно
убежать от врагов. Именно оптика
обеспечила успех и надежность навигации.
Поэтому в Нидерландах очень много ученых
интересовались именно оптикой. Голландец
Скель Ван Ройен (Снелиус) наблюдад, как
тонкий луч света отражался в зеркале.
Он измерял угол падения и угол отражения
и установил: угол отражения равен углу
падения. Ему же принадлежат законы
отражения света. Он вывел закон преломления
света.

Рассмотрим закон
преломления света

.

В ней
— относительный показатель преломления
второй среды относительно первой, в
случае, когда второе имеет большую
оптическую плотность. Если свет
преломляется и проходит с среду с меньшей
оптической плотностью, тогда α < γ,
тогда

.

Если первой средой
является вакуум, то n1=1
то

.

Данный показатель

называют
абсолютным показателем преломления
второй среды:

,

где

— скорость света в вакууме,
скорость
света в данной среде.

Следствием
преломления света в атмосфере Земли
есть тот факт, что мы видим Солнце и
звезды немного выше их реального
положения. Преломлением света можно
объяснить возникновение миражей, радуги…
явление преломления света есть основой
принципа работы численных оптических
устройств: микроскопа, телескопа,
фотоаппарата.

Абсолютный и относительный показатель преломления

Выше уже было показано, что абсолютная величина отсчитывается относительно вакуума. Однако с этим на нашей планете туго: свет чаще попадает на границу воздуха и воды или кварца и шпинели. Для каждой из этих сред, как уже было сказано выше, показатель преломления свой. В воздухе фотон света идет вдоль одного направления и имеет одну фазовую скорость (v1), но, попадая в воду, меняет направление распространения и фазовую скорость (v2). Однако оба эти направления лежат в одной плоскости

Это очень важно для понимания того, как формируется изображение окружающего мира на сетчатке глаза или на матрице фотоаппарата. Соотношение двух абсолютных величин дает относительный показатель преломления

Формула выглядит так: n12 = v1 / v2.

Показатель преломления

Но как же быть, если свет, наоборот, выходит из воды и попадает в воздух? Тогда эта величина будет определяться формулой n21 = v2 / v1. При перемножении относительных показателей преломления получаем n21 * n12 = (v2 * v1) / (v1 * v2) = 1. Это соотношение справедливо для любой пары сред. Относительный показатель преломления можно найти из синусов углов падения и преломления n12 = sin Ɵ1 / sin Ɵ2. Не стоит забывать, что углы отсчитывают от нормали к поверхности. Под нормалью подразумевается линия, перпендикулярная поверхности. То есть если в задаче дан угол α падения относительно самой поверхности, то надо считать синус от (90 — α).

Показатель преломления стекла и его измерение

Показатель преломления

Стекло — это твердый прозрачный материал, имеющий аморфную структуру. Промышленное производство стекла осуществляется в виде ряда сортов. Каждый из них имеет свой показатель преломления, который колеблется от 1,5 до 1,9.

Определение этой величины для стекла легко осуществить в лабораторных условиях. Для этого необходимо иметь лампу, собирающее оптическое стекло, набор диафрагм, диск с делениями до долей градуса и образец исследуемого стекла в форме полуцилиндра.

Эксперимент выполняется в следующей последовательности:

  1. Лампа устанавливается в фокусе собирающей линзы. Затем ее включают и при помощи диафрагм добиваются узкого светового пучка.
  2. Диск с делениями располагают горизонтально за линзой так, чтобы луч света проходил над его поверхностью через центр.
  3. Кладут стеклянный полуцилиндр на диск таким образом, чтобы его плоская боковая поверхность совпадала с диаметром диска.
  4. Поворачивают диск на различные углы и измеряют углы падения и преломления луча.
  5. Обрабатывают измеренные результаты, используя формулу Снелла, и полагая, что показатель преломления света в воздухе равен единице.

Ниже на рисунке приведены два различных случая положения полуцилиндра на диске относительно падающего луча.

Показатель преломления

Левый рисунок соответствует преломлению «воздух-стекло», правый — «стекло-воздух». Стоит отметить, что при пересечении границы двух сред через цилиндрическую поверхность преломления не происходит, поскольку луч света падает перпендикулярно на нее (вдоль радиуса).

Акустика

В подводной акустике преломление — это изгиб или искривление звукового луча, которое возникает, когда луч проходит через градиент скорости звука из области с одной скоростью звука в область с другой скоростью. Величина изгиба лучей зависит от величины разницы между скоростями звука, то есть изменения температуры, солености и давления воды. Подобные акустические эффекты обнаруживаются и в атмосфере Земли . Явление преломления звука в атмосфере известно веками; однако, начиная с начала 1970-х годов, широко распространенный анализ этого эффекта вошел в моду благодаря проектированию городских магистралей и шумовых барьеров для устранения метеорологических эффектов изгиба звуковых лучей в нижних слоях атмосферы.

Два показателя процесса преломления

Рассмотрим это соотношение, для этого введем некоторые обозначения.

Пусть a — угол падения, b — угол преломления, тогда: Этот коэффициент (вычисляется как sin a/sin b) – константа, постоянная величина для каждого вещества (или среды).

Если свет проходит через вакуум (воздух), то коэффициент называется в физике абсолютным показателем ПС. Для большинства веществ его величина находится в диапазоне от единицы до двух, например, показатель преломления

  • обычного стекла 1,52;
  • воды 1,33.

Редко он превышает двойку, например, у алмаза 2,42. Если же световой луч (поток) проходит через две среды разной плотности, то применяется относительный показатель ПС (обозначается латинской буквой n). Этот коэффициент вычисляется как частное от деления абсолютных показателей обеих сред. Например, показатель воды к воздуху 1,33; стекла к воздуху 1,52. Значит, показатель стекла относительно воды будет: 1,52/1,33 = 1,14.

Еще пример — величина показателя для стекла относительно спирта 1,1.

Красота показателя преломления и его применение

В спокойный солнечный день на дне озера играют блики. Темно-синий лед покрывает скалу. На руке женщины бриллиант рассыпает тысячи искр. Эти явления – следствие того, что все границы прозрачных сред имеют относительный показатель преломления. Кроме эстетического наслаждения, это явление можно использовать и для практического применения.

Показатель преломления

Вот примеры:

  • Линза из стекла собирает пучок солнечного света и поджигает траву.
  • Лазерный луч фокусируется на больном органе и отрезает ненужную ткань.
  • Солнечный свет преломляется на древнем витраже, создавая особую атмосферу.
  • Микроскоп увеличивает изображение очень маленьких деталей
  • Линзы спектрофотометра собирают свет лазера, отраженный от поверхности изучаемого вещества. Таким образом, можно понять структуру, а потом и свойства новых материалов.
  • Существует даже проект фотонного компьютера, где передавать информацию будут не электроны, как сейчас, а фотоны. Для такого устройства однозначно потребуются преломляющие элементы.

Два вида показателя преломления

Сначала о том, что это число показывает: как изменяет направление распространения света та или иная прозрачная среда. Причем электромагнитная волна может идти из вакуума, и тогда показатель преломления стекла или другого вещества будет называться абсолютным. В большинстве случаев его величина лежит в пределах от 1 до 2. Только в очень редких случаях показатель преломления оказывается больше двух.

Если же перед предметом находится более плотная, чем вакуум, среда, то говорят уже об относительном значении. И рассчитывается он как отношение двух абсолютных величин. Например, относительный показатель преломления вода-стекло будет равен частному абсолютных величин для стекла и воды.

Показатель преломления

В любом случае она обозначается латинской буквой «эн» — n. Эта величина получается путем деления друг на друга одноименных величин, поэтому является просто коэффициентом, у которого нет наименования.

Основы физического явления

При падении луча на поверхность, которая разделяется двумя прозрачными веществами, имеющими разную оптическую плотность (к примеру, разные стекла или в воде), часть лучей будет отражена, а часть – проникнет во вторую структуру (например, пойдет распространяться в воде или стекле). При переходе из одной среды в другую для луча характерно изменение своего направления. Это и есть явление преломления света.
Особенно хорошо отражение и преломление света видно в воде.

Показатель преломления

Эффект искажения в воде

Смотря на вещи, находящиеся в воде, они кажутся искаженными. Особенно это сильно заметно на границе между воздухом и водой. Визуально кажется, что подводные предметы слегка отклонены. В описываемом физическом явлении как раз и кроется причина того, что в воде все объекты кажутся искаженными. При попадании лучей на стекло, данный эффект менее заметен.Преломление света представляет собой физическое явление, которое характеризуется изменением направления движения солнечного луча в момент перемещения из одной среды (структуры) в другую.

Для улучшения понимания данного процесса, рассмотрим пример попадания луча из воздуха в воду (аналогично для стекла). При проведении перпендикуляра вдоль границы раздела можно измерить угол преломления и возвращения светового луча

Данный показатель (угол преломления) будет изменяться при проникновении потока в воду (внутрь стекла).
Обратите внимание! Под данным параметром понимается угол, который образует перпендикуляр, проведенный к разделу двух веществ при проникновении луча из первой структуры во вторую

Показатель преломления

Прохождение луча

Этот же показатель характерен и для других сред. Установлено, что данный показатель зависит от плотности вещества. Если падение луча происходит из менее плотной в более плотную структуру, то угол создаваемого искажения будет больше. А если наоборот – то меньше.
При этом изменение наклона падения также скажется и на данном показателе. Но отношение между ними не остается постоянным. В то же время, отношение их синусов останется постоянной величиной, которую отображает следующая формула: sinα / sinγ = n, где:

  • n – постоянная величина, которая описана для каждого конкретного вещества (воздуха, стекла, воды и т.д.). Поэтому, какова будет данная величина можно определить по специальным таблицам;
  • α – угол падения;
  • γ – угол преломления.

Для определения этого физического явления и был создан закон преломления.

Показатель преломления и отражение

Как стало ясно из написанного выше, речь идет о прозрачных средах. В качестве примеров мы приводили воздух, воду, алмаз. Но как быть с деревом, гранитом, пластиком? Существует ли для них такое понятие, как показатель преломления? Ответ сложен, но в целом – да.

Прежде всего, следует учитывать, с каким именно светом мы имеем дело. Те среды, которые непрозрачны для видимых фотонов, прорезаются насквозь рентгеновским или гамма-излучением. То есть если бы мы все были суперменами, то весь мир вокруг был бы для нас прозрачен, но в разной степени. Например, стены из бетона были бы не плотнее желе, а металлическая арматура была бы похожа на кусочки более плотных фруктов.

Показатель преломления

Для других элементарных частиц, мюонов, наша планета вообще прозрачна насквозь. В свое время ученым доставило немало хлопот доказательство самого факта их существования. Мюоны миллионами пронзают нас каждую секунду, но вероятность столкновения хоть одной частицы с материей очень мала, и зафиксировать это очень сложно. Кстати, в скором времени Байкал станет местом «ловли» мюонов. Его глубокая и прозрачная вода подходит для этого идеально – особенно зимой. Главное, чтобы датчики не замерзли. Таким образом, показатель преломления бетона, например, для рентгеновских фотонов имеет смысл. Мало того, облучение вещества рентгеном – это один из наиболее точных и важных способов исследования строения кристаллов.

Также стоит помнить, что в математическом смысле непрозрачные для данного диапазона вещества обладают мнимым показателем преломления. И наконец, надо понимать, что температура вещества тоже может влиять на его прозрачность.

Примеры

Показатели преломления nD (жёлтый дублет натрия, λD = 589,3 нм) некоторых сред приведены в таблице.


Показатели преломления для длины волны 589,3 нм

Тип среды Среда Температура, °С Значение
Кристаллы LiF 20 1,3920
NaCl 20 1,5442
KCl 20 1,4870
KBr 20 1,5552
Оптические стёкла ЛК3 (Лёгкий крон) 20 1,4874
К8 (Крон) 20 1,5163
ТК4 (Тяжёлый крон) 20 1,6111
СТК9 (Сверхтяжёлый крон) 20 1,7424
Ф1 (Флинт) 20 1,6128
ТФ10 (Тяжёлый флинт) 20 1,8060
СТФ3 (Сверхтяжёлый флинт) 20 2,1862
Драгоценные камни Алмаз белый 2,417
Берилл 1,571—1,599
Изумруд 1,588—1,595
Сапфир белый 1,768—1,771
Сапфир зелёный 1,770—1,779
Жидкости Вода дистиллированная 20 1,3330
Бензол 20—25 1,5014
Глицерин 20—25 1,4730
Кислота серная 20—25 1,4290
Кислота соляная 20—25 1,2540
Масло анисовое 20—25 1,560
Масло подсолнечное 20—25 1,470
Масло оливковое 20—25 1,467
Спирт этиловый 20—25 1,3612

Важный параметр для разных объектов

Основной показатель в данной ситуации — это соотношение синуса угла падения к аналогичному параметру, но для искажения. Как следует из закона, описанного выше, данный показатель являет собой постоянную величину.
При этом при изменении значения наклона падения, такая же ситуация будет характерна и для аналогичного показателя. Данный параметр имеет большое значение, поскольку является неотъемлемой характеристикой прозрачных веществ.

Показатель преломления

Показатели для разных объектов

Благодаря этому параметру можно довольно эффективно различать виды стекол, а также разнообразные драгоценные камни. Также он важен для определения скорости перемещения света в различных средах.

При переходе из одного вещества в другие, его скорость будет уменьшаться. К примеру, у алмаза, который обладает самым большим показателем преломляемости, скорость распространения фотонов будет в 2,42 раза выше, чем у воздуха. В воде же они будут распространяться медленнее в 1,33 раза. Для разных видов стекол данный параметр колеблется в диапазоне от 1,4 до 2,2.

Где применяется закон

Практическое значение закона преломления света огромно. Любые устройства, приборы, использующие различные линзы, базируются на законах преломления и отражения света. Даже если это линза не из стекла, а из органической ткани. Хрусталик и стекловидное тело человеческого глаза тоже работают на основе законов света. Современные оптические приборы, от простейшего бинокля и до мощных телескопов и перископов, тоже не могли бы работать без этих законов. Можно отметить и такое важнейшее направление, как волоконная оптика. Это инновационные виды связи, скоростная передача информации, медицинские приборы и инструменты, эффективные системы освещения и многое другое.

С законами света связаны многие явления в нашей обычной жизни. Знание всех нюансов процесса преломления и отражения световых лучей сделает нашу жизнь более безопасной и комфортной. Человечеству предстоит еще множество открытий в мире стекла и в исследовании его важнейшей характеристики – показателя преломления стекла.

Рейтинг: /5 —
голосов

Заключение

Практическое применение особенностей поведения светового потока дали очень многое, создав разнообразные технические приспособления для улучшения нашей жизни. При этом свет открыл перед человечеством далеко не все свои возможности и его практический потенциал еще полностью не реализован.

Показатель преломленияКак сделать бумажный светильник своими руками

Показатель преломленияКак проверить работоспособность светодиодной ленты

Если волна света падает на плоскую границу, разделяющую два диэлектрика, имеющих разные величины относительных диэлектрических проницаемостей, то эта волна отражается от границы раздела и преломляется, проходя из одного диэлектрика в другой. Преломляющую силу прозрачной среды характеризуют при помощи коэффициента преломления, который чаще называют показателем преломления.

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий