فرآیندهایی که با نور مرتبط هستند جزء مهمی از فیزیک هستند و ما را در همه جای زندگی روزمره احاطه می کنند. مهمترین آنها در این شرایط قوانین انعکاس و شکست نور است که اپتیک مدرن بر آن استوار است. انکسار نور بخش مهمی از علم مدرن است.

اثر اعوجاج

این مقاله به شما خواهد گفت که پدیده شکست نور چیست و همچنین قانون شکست چگونه به نظر می رسد و چه چیزی از آن نتیجه می گیرد.

مبانی یک پدیده فیزیکی

هنگامی که یک پرتو بر روی سطحی می افتد که توسط دو ماده شفاف با چگالی نوری متفاوت از هم جدا شده است (به عنوان مثال، عینک های مختلفیا در آب)، برخی از پرتوها منعکس می شوند و برخی به ساختار دوم نفوذ می کنند (مثلاً در آب یا شیشه منتشر می شود). هنگام عبور از یک رسانه به رسانه دیگر، پرتو با تغییر جهت مشخص می شود. این پدیده شکست نور است.
انعکاس و شکست نور به ویژه در آب به خوبی دیده می شود.

اثر اعوجاج آب

با نگاه کردن به اشیا در آب، به نظر می رسد که آنها تحریف شده اند. این امر به ویژه در مرز بین هوا و آب قابل توجه است. از نظر بصری به نظر می رسد که اجسام زیر آب کمی منحرف شده اند. پدیده فیزیکی توصیف شده دقیقاً دلیل این است که همه اشیاء در آب اعوجاج به نظر می رسند. هنگامی که پرتوها به شیشه برخورد می کنند، این اثر کمتر قابل توجه است.
شکست نور یک پدیده فیزیکی است که با تغییر جهت پرتو خورشید در لحظه حرکت از یک محیط (ساختار) به محیط دیگر مشخص می شود.
برای بهبود درک این فرآیند، مثالی از سقوط پرتو از هوا به آب (به طور مشابه برای شیشه) در نظر بگیرید. با کشیدن یک عمود در امتداد سطح مشترک می توان زاویه شکست و بازگشت پرتو نور را اندازه گیری کرد. این نشانگر (زاویه شکست) با نفوذ جریان به داخل آب (داخل شیشه) تغییر خواهد کرد.
توجه داشته باشید! این پارامتر به عنوان زاویه ای است که در هنگام نفوذ پرتو از ساختار اول به ساختار دوم، عمودی را برای جداسازی دو ماده تشکیل می دهد.

گذر پرتو

همین شاخص برای محیط های دیگر نیز معمول است. مشخص شده است که این شاخص به چگالی ماده بستگی دارد. اگر پرتو از ساختاری با چگالی کمتر به سازه ای متراکم تر برخورد کند، زاویه اعوجاج ایجاد شده بزرگتر خواهد بود. و اگر برعکس، پس کمتر.
در عین حال، تغییر در شیب سقوط نیز بر این شاخص تأثیر می گذارد. اما رابطه بین آنها ثابت نمی ماند. در عین حال، نسبت سینوس های آنها ثابت می ماند که با فرمول زیر نمایش داده می شود: sinα / sinγ = n، که در آن:

• n مقدار ثابتی است که برای هر ماده خاص (هوا، شیشه، آب و غیره) توضیح داده می شود. بنابراین، این مقدار چقدر خواهد بود را می توان از جداول ویژه تعیین کرد.
• α زاویه تابش است.
• γ زاویه انکسار است.

برای تعیین این پدیده فیزیکی، قانون شکست ایجاد شد.

قانون فیزیکی

قانون شکست شارهای نور به شما امکان می دهد ویژگی های مواد شفاف را تعیین کنید. خود قانون شامل دو ماده است:

• قسمت اول پرتو (تصادف، تغییر یافته) و عمودی که در نقطه فرود در مرز، به عنوان مثال، هوا و آب (شیشه و غیره) بازسازی شده است، در یک صفحه قرار خواهند گرفت.
• قسمت دوم. نشانگر نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس همان زاویه که هنگام عبور از مرز تشکیل می شود یک مقدار ثابت خواهد بود.

شرح قانون

در این حالت، در لحظه ای که پرتو از ساختار دوم به ساختار اول خارج می شود (مثلاً هنگامی که شار نور از هوا، از شیشه عبور می کند و به هوا برمی گردد)، اثر اعوجاج نیز رخ می دهد.

یک پارامتر مهم برای اشیاء مختلف

شاخص اصلی در این وضعیت، نسبت سینوس زاویه تابش به یک پارامتر مشابه، اما برای اعوجاج است. طبق قانون توضیح داده شده در بالا، این شاخص یک مقدار ثابت است.
در همان زمان، هنگامی که مقدار شیب سقوط تغییر می کند، وضعیت مشابه برای یک شاخص مشابه معمول خواهد بود. این تنظیم دارد پراهمیتاز آنجایی که مشخصه جدایی ناپذیر مواد شفاف است.

نشانگر برای اشیاء مختلف

به لطف این پارامتر، می توان به طور موثر بین انواع شیشه و همچنین انواع مختلف تمایز قائل شد سنگهای قیمتی. همچنین برای تعیین سرعت نور در رسانه های مختلف مهم است.

توجه داشته باشید! بیشترین سرعت شار نور در خلاء است.

هنگام حرکت از یک ماده به ماده دیگر، سرعت آن کاهش می یابد. به عنوان مثال، الماس که دارای بالاترین ضریب شکست است، سرعت انتشار فوتون 2.42 برابر سریعتر از هوا خواهد بود. در آب 1.33 برابر کندتر پخش می شوند. برای انواع متفاوتعینک، این پارامتر از 1.4 تا 2.2 متغیر است.

توجه داشته باشید! برخی از شیشه ها دارای ضریب شکست 2.2 هستند که بسیار نزدیک به الماس است (2.4). بنابراین، همیشه نمی توان یک تکه شیشه را از یک الماس واقعی تشخیص داد.

چگالی نوری مواد

نور می تواند از طریق مواد مختلفی نفوذ کند که با چگالی نوری متفاوت مشخص می شوند. همانطور که قبلاً گفتیم با استفاده از این قانون می توانید مشخصه چگالی محیط (ساختار) را تعیین کنید. هر چه متراکم تر باشد، سرعت نور در آن کمتر منتشر می شود. به عنوان مثال، شیشه یا آب از نظر نوری چگال تر از هوا خواهد بود.
این پارامتر علاوه بر اینکه یک مقدار ثابت است، نسبت سرعت نور را در دو ماده نیز منعکس می کند. معنای فیزیکی را می توان به صورت فرمول زیر نمایش داد:

این شاخص نشان می دهد که چگونه سرعت انتشار فوتون ها هنگام عبور از یک ماده به ماده دیگر تغییر می کند.

شاخص مهم دیگر

هنگام حرکت شار نور از طریق اجسام شفاف، قطبش آن امکان پذیر است. در هنگام عبور یک شار نور از محیط همسانگرد دی الکتریک مشاهده می شود. قطبش زمانی اتفاق می افتد که فوتون ها از شیشه عبور می کنند.

اثر پلاریزاسیون

پلاریزاسیون جزئی زمانی مشاهده می شود که زاویه تابش شار نور در مرز دو دی الکتریک با صفر متفاوت باشد. درجه قطبی شدن بستگی به این دارد که زوایای فرود چقدر بوده است (قانون بروستر).

انعکاس کامل داخلی

با پایان دادن به انحراف کوتاه خود، هنوز هم لازم است چنین اثری را به عنوان یک اثر کامل در نظر بگیریم بازتاب داخلی.

پدیده نمایش کامل

برای اینکه این اثر ظاهر شود، لازم است زاویه تابش شار نور در لحظه انتقال آن از یک محیط چگال تر به یک محیط کمتر متراکم در سطح مشترک بین مواد افزایش یابد. در شرایطی که این پارامتر از مقدار حدی معینی تجاوز کند، فوتون‌های وارد شده در مرز این بخش کاملاً منعکس می‌شوند. در واقع، این پدیده مورد نظر ما خواهد بود. بدون آن، ساخت فیبر نوری غیرممکن بود.

نتیجه

کاربرد عملی ویژگی‌های رفتار شار نوری چیزهای زیادی را به وجود آورد و ابزارهای فنی مختلفی را برای بهبود زندگی ما ایجاد کرد. در عین حال، نور همه امکانات خود را به روی بشر باز نکرده است و پتانسیل عملی آن هنوز به طور کامل محقق نشده است.

چگونه با دستان خود یک لامپ کاغذی درست کنید
نحوه بررسی عملکرد نوار LED

اجازه دهید در هنگام فرمول بندی قانون شکست به بررسی دقیق تری از ضریب شکست معرفی شده توسط ما در § 81 بپردازیم.

ضریب شکست به خواص نوری و محیطی که پرتو از آن می افتد و محیطی که در آن نفوذ می کند بستگی دارد. ضریب شکستی که هنگام تابش نور از خلاء به یک محیط به دست می آید، ضریب شکست مطلق این محیط نامیده می شود.

برنج. 184. ضریب شکست نسبی دو محیط:

اجازه دهید شاخص مطلقانکسارهای محیط اول و محیط دوم وجود دارد - . با در نظر گرفتن شکست در مرز رسانه اول و دوم، مطمئن می شویم که ضریب شکست در هنگام انتقال از محیط اول به محیط دوم، به اصطلاح شاخص نسبیانکسار برابر است با نسبت ضریب شکست مطلق محیط دوم و اول:

(شکل 184). برعکس، هنگام عبور از محیط دوم به محیط اول، ضریب شکست نسبی داریم

ارتباط برقرار شده بین ضریب شکست نسبی دو محیط و ضریب شکست مطلق آنها را می‌توان از نظر تئوری، بدون آزمایش‌های جدید، به دست آورد، همانطور که می‌توان برای قانون برگشت‌پذیری (§82) انجام داد.

گفته می شود محیطی با ضریب شکست بالاتر از نظر نوری متراکم تر است. معمولاً ضریب شکست محیط های مختلف نسبت به هوا اندازه گیری می شود. ضریب شکست مطلق هوا است. بنابراین، ضریب شکست مطلق هر محیطی با فرمول مربوط به ضریب شکست آن نسبت به هوا است.

جدول 6. ضریب شکست مواد مختلفنسبت به هوا

ضریب شکست به طول موج نور، یعنی به رنگ آن بستگی دارد. رنگ های مختلف با ضرایب شکست متفاوت مطابقت دارند. این پدیده که پراکندگی نام دارد، نقش مهمی در اپتیک دارد. در فصول بعدی به کرات به این پدیده خواهیم پرداخت. داده های ارائه شده در جدول 6، رجوع به نور زرد شود.

جالب است بدانید که قانون انعکاس را می توان به صورت رسمی به همان شکل قانون شکست نوشت. به یاد بیاورید که ما توافق کردیم که همیشه زاویه ها را از عمود بر پرتو مربوطه اندازه گیری کنیم. بنابراین، باید زاویه تابش و زاویه انعکاس را دارای علائم متضاد بدانیم، یعنی. قانون بازتاب را می توان به صورت

با مقایسه (83.4) با قانون شکست، می بینیم که قانون انعکاس را می توان به عنوان یک مورد خاص از قانون شکست در . این شباهت رسمی بین قوانین بازتاب و شکست در حل مسائل عملی کاربرد زیادی دارد.

در ارائه قبلی، ضریب شکست به معنای ثابتی از محیط، مستقل از شدت نور عبوری از آن بود. چنین تفسیری از ضریب شکست کاملاً طبیعی است، اما در مورد شدت تابش بالا که با لیزرهای مدرن قابل دستیابی است، توجیه پذیر نیست. خواص رسانه ای که از طریق آن قوی است انتشار نور، در این مورد به شدت آن بستگی دارد. همانطور که می گویند، رسانه غیر خطی می شود. غیر خطی بودن محیط خود را به ویژه در این واقعیت نشان می دهد که یک موج نوری با شدت بالا ضریب شکست را تغییر می دهد. وابستگی ضریب شکست به شدت تابش شکل دارد

در اینجا، ضریب شکست معمول، a ضریب شکست غیرخطی، و ضریب تناسب است. عبارت اضافی در این فرمول می تواند مثبت یا منفی باشد.

تغییرات نسبی در ضریب شکست نسبتا کم است. در ضریب شکست غیر خطی با این حال، حتی چنین تغییرات کوچکی در ضریب شکست قابل توجه است: آنها خود را در یک پدیده عجیب و غریب از تمرکز نور بر خود نشان می دهند.

محیطی با ضریب شکست غیرخطی مثبت را در نظر بگیرید. در این حالت، مناطق با شدت نور افزایش یافته، مناطقی هستند که ضریب شکست افزایش یافته اند. معمولاً در تابش لیزر واقعی، توزیع شدت در سطح مقطع پرتو غیریکنواخت است: شدت در امتداد محور حداکثر است و به آرامی به سمت لبه های پرتو کاهش می یابد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 185 منحنی جامد. توزیع مشابهی نیز تغییر در ضریب شکست را در سطح مقطع سلولی با محیط غیرخطی، که در امتداد محور آن پرتو لیزر منتشر می‌کند، توصیف می‌کند. ضریب شکست، که در امتداد محور سلول بیشترین است، به تدریج به سمت دیواره های آن کاهش می یابد (منحنی های چین در شکل 185).

پرتوی از پرتوهایی که از لیزر به موازات محور بیرون می‌آیند و به محیطی با ضریب شکست متغیر می‌افتند، در جهتی که بیشتر است منحرف می‌شوند. بنابراین، افزایش شدت در مجاورت سلول OSP منجر به غلظت پرتوهای نور در این ناحیه می شود که به صورت شماتیک در مقاطع عرضی و در شکل نشان داده شده است. 185، و این منجر به افزایش بیشتر در . در نهایت، مقطع موثر پرتو نوری که از یک محیط غیرخطی عبور می کند به طور قابل توجهی کاهش می یابد. نور گویی از یک کانال باریک با ضریب شکست افزایش یافته عبور می کند. بنابراین، پرتو لیزر باریک می شود و محیط غیرخطی به عنوان یک عدسی همگرا تحت تأثیر تابش شدید عمل می کند. این پدیده را تمرکز بر خود می نامند. می توان آن را به عنوان مثال در نیتروبنزن مایع مشاهده کرد.

برنج. 185. توزیع شدت تابش و ضریب شکست بر روی سطح مقطع پرتو لیزر در ورودی کووت (a)، نزدیک انتهای ورودی ()، در وسط ()، نزدیک به انتهای خروجی کووت ( )

تعیین ضریب شکست جامدات شفاف

و مایعات

ابزار و لوازم جانبی: میکروسکوپ با فیلتر نور، صفحه موازی صفحه با علامت AB به شکل صلیب. رفرکتومتر نام تجاری "RL"؛ مجموعه ای از مایعات

هدف، واقعگرایانه:تعیین ضریب شکست شیشه و مایعات

تعیین ضریب شکست شیشه با استفاده از میکروسکوپ

برای تعیین ضریب شکست یک جامد شفاف، از یک صفحه موازی صفحه ساخته شده از این ماده با علامت استفاده می شود.

علامت از دو خراش متقابل عمود بر هم تشکیل شده است که یکی از آنها (A) به پایین اعمال می شود و دومی (B) - به سطح بالای صفحه. صفحه با نور تک رنگ روشن می شود و زیر میکروسکوپ بررسی می شود. در
برنج. شکل 4.7 بخشی از صفحه مورد بررسی را توسط یک صفحه عمودی نشان می دهد.

پرتوهای AD و AE پس از شکست در سطح مشترک شیشه-هوا در جهت های DD1 و EE1 می روند و به سمت هدف میکروسکوپ می افتند.

ناظری که از بالا به صفحه نگاه می کند، نقطه A را در محل تلاقی ادامه پرتوهای DD1 و EE1 می بیند، یعنی. در نقطه C

بنابراین، نقطه A برای ناظری که در نقطه C قرار دارد به نظر می رسد. بیایید رابطه بین ضریب شکست n ماده صفحه، ضخامت d و ضخامت ظاهری d1 صفحه را پیدا کنیم.

4.7 می توان دید که VD \u003d BCtgi، BD \u003d ABtgr، از کجا

tgi/tgr = AB/BC،

که در آن AB = d ضخامت صفحه است. BC = d1 ضخامت ظاهری صفحه.

اگر زوایای i و r کوچک هستند، پس

Sini/Sinr = tgi/tgr، (4.5)

آن ها Sini/Sinr = d/d1.

با در نظر گرفتن قانون شکست نور به دست می آوریم

اندازه گیری d/d1 با استفاده از میکروسکوپ انجام می شود.

طرح نوری میکروسکوپ از دو سیستم تشکیل شده است: یک سیستم مشاهده، که شامل یک شیئی و یک چشمی نصب شده در یک لوله است، و یک سیستم روشنایی، متشکل از یک آینه و یک فیلتر نوری قابل جابجایی. فوکوس تصویر با چرخاندن دسته های واقع در دو طرف لوله انجام می شود.

روی محور دسته سمت راست دیسکی با مقیاس اندام وجود دارد.

قرائت b روی اندام نسبت به نشانگر ثابت فاصله h از هدف تا مرحله میکروسکوپ را تعیین می کند:

ضریب k نشان می دهد که لوله میکروسکوپ با چرخش 1 درجه به چه ارتفاعی حرکت می کند.

قطر هدف در این تنظیم در مقایسه با فاصله h کوچک است، بنابراین بیرونی ترین پرتوی که وارد شیئ می شود زاویه کوچکی i را با محور نوری میکروسکوپ تشکیل می دهد.

زاویه شکست r نور در صفحه کمتر از زاویه i است، یعنی. همچنین کوچک است که با شرایط (4.5) مطابقت دارد.

سفارش کار

1. صفحه را روی مرحله میکروسکوپ قرار دهید تا نقطه تلاقی ضربه های A و B (شکل 1 را ببینید).

ضریب شکست

4.7) در میدان دید قرار داشت.

2. دسته مکانیزم بالابر را بچرخانید تا لوله را به موقعیت بالایی برسانید.

3. با نگاه کردن به چشمی، دسته را بچرخانید تا لوله میکروسکوپ به آرامی پایین بیاید تا تصویر واضحخراش B، روی سطح بالایی صفحه اعمال می شود. نشان b1 اندام را که متناسب با فاصله h1 از هدف میکروسکوپ تا لبه بالای صفحه است، ثبت کنید: h1 = kb1 (شکل 1).

4. پایین آوردن لوله را به آرامی ادامه دهید تا تصویر واضحی از خراش A به دست آید، که به نظر ناظر واقع در نقطه C. یک قرائت جدید b2 از لیمبوس را ثبت کنید. فاصله h1 از هدف تا سطح بالایی صفحه با b2 متناسب است:
h2 = kb2 (شکل 4.8، b).

فواصل نقاط B و C تا عدسی برابر است، زیرا ناظر آنها را به طور مساوی به وضوح می بیند.

جابجایی لوله h1-h2 برابر با ضخامت ظاهری صفحه است (شکل 1).

d1 = h1-h2 = (b1-b2)k. (4.8)

5. ضخامت صفحه d را در محل تقاطع ضربه ها اندازه گیری کنید. برای انجام این کار، یک صفحه شیشه ای کمکی 2 را زیر صفحه آزمایش 1 قرار دهید (شکل 4.9) و لوله میکروسکوپ را پایین بیاورید تا زمانی که لنز به صفحه آزمایش (کمی) برخورد کند. به نشانه اندام a1 توجه کنید. صفحه مورد مطالعه را بردارید و لوله میکروسکوپ را پایین بیاورید تا شیئی به صفحه 2 برسد.

به نشانه a2 توجه کنید.

در همان زمان، هدف میکروسکوپ به ارتفاعی برابر با ضخامت صفحه مورد مطالعه، یعنی.

d = (a1-a2)k. (4.9)

6. ضریب شکست مواد صفحه را با استفاده از فرمول محاسبه کنید

n = d/d1 = (a1-a2)/(b1-b2). (4.10)

7. تمام اندازه گیری های بالا را 3 - 5 بار تکرار کنید، مقدار متوسط ​​n، مطلق و را محاسبه کنید. خطای مربوطه rn و rn/n.

تعیین ضریب شکست مایعات با استفاده از رفرکتومتر

ابزارهایی که برای تعیین ضریب شکست استفاده می شوند، انکسارسنج نامیده می شوند.

نمای کلی و طرح نوری رفرکتومتر RL در شکل نشان داده شده است. 4.10 و 4.11.

اندازه گیری ضریب شکست مایعات با استفاده از رفرکتومتر RL بر اساس پدیده شکست نوری است که از سطح مشترک بین دو محیط با ضریب شکست متفاوت عبور کرده است.

پرتو نور (شکل.

4.11) از منبع 1 (لامپ رشته ای یا نور روز پراکنده) با کمک یک آینه 2 از طریق یک پنجره در محفظه ابزار به یک منشور دوتایی متشکل از منشورهای 3 و 4 هدایت می شود که از شیشه با ضریب شکست ساخته شده اند. از 1.540.

سطح AA منشور نورانی بالایی 3 (شکل 1).

4.12، الف) مات است و برای روشن کردن مایع با نور پراکنده، که در یک لایه نازک در شکاف بین منشورهای 3 و 4 قرار گرفته است، استفاده می شود. نور پراکنده شده توسط سطح مات 3 از یک لایه موازی صفحه مایع مورد مطالعه عبور می کند. و روی وجه مورب ماده منفجره منشور پایینی 4 زیر متفاوت می افتد
زوایای من از صفر تا 90 درجه است.

برای جلوگیری از پدیده بازتاب داخلی کلی نور بر روی سطح انفجاری، ضریب شکست مایع مورد بررسی باید کمتر از ضریب شکست شیشه منشور 4 باشد، یعنی.

کمتر از 1540

پرتوی نور با زاویه تابش 90 درجه، پرتوی لغزنده نامیده می شود.

پرتو لغزشی که در سطح مشترک شیشه مایع شکسته شده است، در زاویه محدود شکست در منشور 4 خواهد رفت. rو غیره< 90о.

شکست تیر کشویی در نقطه D (نگاه کنید به شکل 4.12، a) از قانون پیروی می کند.

nst / nzh \u003d sinipr / sinrpr (4.11)

یا nzh = nstsinrpr، (4.12)

از آنجایی که sinipr = 1.

در سطح قبل از میلاد منشور 4، پرتوهای نور دوباره شکسته می شوند و سپس

Sini¢pr/sinr¢pr = 1/nst، (4.13)

r¢pr+i¢pr = i¢pr =a، (4.14)

که در آن a پرتو شکست منشور 4 است.

با حل سیستم معادلات (4.12)، (4.13)، (4.14)، می‌توانیم فرمولی را به دست آوریم که ضریب شکست nzh مایع مورد مطالعه را با زاویه محدود شکست r'pr پرتویی که از پرتو بیرون آمده مرتبط می‌کند. منشور 4:

اگر در مسیر پرتوهایی که از منشور 4 بیرون می آیند یک لکه بینی قرار داده شود، قسمت پایینمیدان دید آن روشن خواهد شد، در حالی که قسمت بالایی تاریک خواهد بود. رابط بین میدان های روشن و تاریک توسط پرتوهایی با زاویه شکست محدود r¢pr تشکیل می شود. هیچ پرتویی با زاویه شکست کوچکتر از r¢pr در این سیستم وجود ندارد (شکل 1).

بنابراین، مقدار r¢pr و موقعیت مرز کیاروسکورو فقط به ضریب شکست nzh مایع مورد مطالعه بستگی دارد، زیرا nst و a مقادیر ثابتی در این دستگاه هستند.

با دانستن nst، a و r¢pr، می توان nzh را با استفاده از فرمول (4.15) محاسبه کرد. در عمل از فرمول (4.15) برای کالیبره کردن مقیاس رفرکتومتر استفاده می شود.

در مقیاس 9 (نگاه کنید به

برنج. 4.11)، مقادیر ضریب شکست برای ld = 5893 Å در سمت چپ رسم شده است. در جلوی چشمی 10 - 11 یک صفحه 8 با علامت (--) وجود دارد.

با حرکت چشمی همراه با صفحه 8 در امتداد ترازو، می توان به تراز علامت با خط تقسیم بین میدان دید تاریک و روشن دست یافت.

تقسیم مقیاس درجه بندی شده 9، همزمان با علامت، مقدار ضریب شکست nzh مایع مورد مطالعه را نشان می دهد. شی 6 و چشمی 10-11 یک تلسکوپ را تشکیل می دهند.

منشور چرخشی 7 مسیر پرتو را تغییر می دهد و آن را به سمت چشمی هدایت می کند.

با توجه به پراکندگی شیشه و مایع مورد مطالعه، به جای یک خط جداکننده واضح بین میدان های تاریک و روشن، هنگام مشاهده در نور سفید، یک نوار رنگین کمانی به دست می آید. برای از بین بردن این اثر، جبران کننده پراکندگی 5 در جلوی عدسی تلسکوپ نصب می شود. قسمت اصلی جبران کننده یک منشور است که از سه منشور چسبانده شده و می تواند نسبت به محور تلسکوپ بچرخد.

زوایای شکست منشور و مواد آنها طوری انتخاب می شوند که نور زرد با طول موج ld = 5893 Å بدون شکست از آنها عبور کند. اگر منشوری جبرانی در مسیر پرتوهای رنگی تعبیه شود که پراکندگی آن از نظر بزرگی برابر، اما در مقابل علامت پراکندگی منشور اندازه گیری و مایع باشد، پراکندگی کل برابر با صفر خواهد بود. در این حالت، پرتو پرتوهای نور به یک پرتو سفید که جهت آن با جهت پرتو زرد محدود کننده منطبق است، جمع می شود.

بنابراین، هنگامی که منشور جبرانی می چرخد، رنگ سایه رنگ حذف می شود. همراه با منشور 5، اندام پراکندگی 12 نسبت به نشانگر ثابت می چرخد ​​(شکل 4.10 را ببینید). زاویه چرخش Z اندام قضاوت در مورد مقدار پراکندگی متوسط ​​مایع مورد بررسی را ممکن می سازد.

مقیاس شماره گیری باید درجه بندی شود. برنامه به نصب پیوست شده است.

سفارش کار

1. منشور 3 را بلند کنید، 2-3 قطره از مایع آزمایش را روی سطح منشور 4 قرار دهید و منشور 3 را پایین بیاورید (شکل 4.10 را ببینید).

3. با استفاده از هدف گیری چشمی، تصویر واضحی از مقیاس و رابط بین میدان های دید به دست آورید.

4. با چرخاندن دسته 12 جبران کننده 5، رنگ رنگی رابط بین میدان های بینایی را از بین ببرید.

با حرکت دادن چشمی در امتداد مقیاس، علامت (--) را با مرز میدان های تاریک و روشن تراز کنید و مقدار شاخص مایع را ثبت کنید.

6. مجموعه مایعات پیشنهادی را بررسی کرده و خطای اندازه گیری را ارزیابی کنید.

7. پس از هر اندازه گیری، سطح منشورها را با کاغذ صافی آغشته به آب مقطر پاک کنید.

سوالات تستی

انتخاب 1

ضریب شکست مطلق و نسبی یک محیط را تعریف کنید.

2. مسیر پرتوها را از طریق رابط دو رسانه ترسیم کنید (n2> n1 و n2< n1).

3. رابطه ای بدست آورید که ضریب شکست n را به ضخامت d و ضخامت ظاهری d¢ صفحه مربوط می کند.

4. یک وظیفه.زاویه محدود بازتاب داخلی کل برای برخی از مواد 30 درجه است.

ضریب شکست این ماده را بیابید.

پاسخ: n=2.

گزینه 2

1. پدیده انعکاس کلی درونی چیست؟

2. طراحی و اصل عملکرد رفرکتومتر RL-2 را شرح دهید.

3. نقش جبران کننده در رفرکتومتر را توضیح دهید.

4. یک وظیفه. یک لامپ از مرکز یک قایق گرد تا عمق 10 متر پایین می آید. حداقل شعاع قایق را پیدا کنید، در حالی که حتی یک پرتو از لامپ نباید به سطح برسد.

پاسخ: R = 11.3 متر.

ضریب شکست، یا ضریب انکسار، یک عدد انتزاعی است که قدرت انکساری یک محیط شفاف را مشخص می کند. ضریب شکست نشان داده می شود حرف لاتینπ و به عنوان نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست پرتوی که از فضای خالی به یک محیط شفاف وارد می شود تعریف می شود:

n = sin α/sin β = const یا به عنوان نسبت سرعت نور در یک فضای خالی به سرعت نور در یک محیط شفاف معین: n = c/νλ از فضای خالی به محیط شفاف داده شده.

ضریب شکست معیاری برای سنجش چگالی نوری یک محیط در نظر گرفته می شود

بر خلاف ضریب شکست نسبی، ضریب شکستی که به این ترتیب تعیین می شود، ضریب شکست مطلق نامیده می شود.

e. نشان می دهد که سرعت انتشار نور با عبور از ضریب شکست آن چند برابر کاهش می یابد، که با نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست زمانی که پرتو از محیط یک عبور می کند تعیین می شود. چگالی به محیطی با چگالی دیگر. ضریب شکست نسبی برابر با نسبت ضریب شکست مطلق است: n = n2/n1، که در آن n1 و n2 ضریب شکست مطلق رسانه اول و دوم هستند.

ضریب شکست مطلق همه اجسام - جامد، مایع و گاز - بزرگتر از یک است و از 1 تا 2 متغیر است و فقط در موارد نادر از مقدار 2 فراتر می رود.

ضریب شکست هم به خواص محیط و هم به طول موج نور بستگی دارد و با کاهش طول موج افزایش می یابد.

بنابراین، یک شاخص به حرف p اختصاص داده می شود که نشان می دهد نشانگر به کدام طول موج اشاره دارد.

ضریب شکست

به عنوان مثال، برای شیشه TF-1، ضریب شکست در قسمت قرمز طیف nC=1.64210 و در قسمت بنفش nG’=1.67298 است.

ضریب شکست برخی اجسام شفاف

هوا - 1.000292

آب - 1334

اتر - 1358

اتیل الکل - 1.363

گلیسیرین - 1، 473

شیشه ارگانیک (پلکسی گلاس) - 1، 49

بنزن - 1.503

(شیشه تاج - 1.5163

صنوبر (کانادایی)، بلسان 1.54

شیشه تاج سنگین - 1، 61 26

شیشه سنگ چخماق - 1.6164

دی سولفید کربن - 1.629

سنگ چخماق سنگین شیشه ای - 1، 64 75

مونوبرومونفتالین - 1.66

شیشه سنگین ترین سنگ چخماق است - 1.92

الماس - 2.42

تفاوت در ضریب شکست برای قسمت های مختلف طیف علت کروماتیسم است، یعنی.

تجزیه نور سفید، هنگامی که از قسمت های انکساری - عدسی ها، منشورها و غیره عبور می کند.

آزمایشگاه شماره 41

تعیین ضریب شکست مایعات با استفاده از رفرکتومتر

هدف از کار: تعیین ضریب شکست مایعات با روش بازتاب داخلی کل با استفاده از رفرکتومتر IRF-454B; بررسی وابستگی ضریب شکست محلول به غلظت آن.

توضیحات نصب

هنگامی که نور غیر تک رنگ شکسته می شود، تجزیه می شود رنگ های ترکیبیبه طیف

این پدیده به دلیل وابستگی ضریب شکست یک ماده به فرکانس (طول موج) نور است و پراکندگی نور نامیده می شود.

مرسوم است که قدرت شکست یک محیط را با ضریب شکست در طول موج مشخص می کنند. λ \u003d 589.3 نانومتر (میانگین طول موج دو خط زرد نزدیک در طیف بخار سدیم).

60. در آنالیز جذب اتمی از چه روش هایی برای تعیین غلظت مواد در محلول استفاده می شود؟

این ضریب شکست نشان داده می شود nD.

معیار واریانس میانگین واریانس است که به عنوان تفاوت ( nاف-nسی)، جایی که nافضریب شکست یک ماده در طول موج است λ = 486.1 نانومتر (خط آبی در طیف هیدروژن)، nسیضریب شکست یک ماده است λ - 656.3 نانومتر (خط قرمز در طیف هیدروژن).

انکسار یک ماده با مقدار پراکندگی نسبی مشخص می شود:
کتابهای راهنما معمولاً متقابل پراکندگی نسبی را بیان می کنند، یعنی.

ه.
،جایی که ضریب پراکندگی یا عدد Abbe است.

دستگاهی برای تعیین ضریب شکست مایعات از یک شکست سنج تشکیل شده است. IRF-454Bبا محدودیت های اندازه گیری نشانگر؛ انکسار nDدر محدوده 1.2 تا 1.7؛ مایع آزمایش، دستمال مرطوب برای پاک کردن سطوح منشورها.

انکسار سنج IRF-454Bیک ابزار آزمایشی است که برای اندازه گیری مستقیم ضریب شکست مایعات و همچنین تعیین میانگین پراکندگی مایعات در آزمایشگاه طراحی شده است.

اصل عملکرد دستگاه IRF-454Bبر اساس پدیده انعکاس کلی درونی نور.

نمودار شماتیک دستگاه در شکل نشان داده شده است. یکی

مایع مورد بررسی بین دو وجه منشور 1 و 2 قرار می گیرد. ABدر حال اندازه گیری است و منشور 1 دارای یک صفحه مات است ولی1 AT1 - نورپردازی پرتوهای یک منبع نور روی لبه می افتند ولی1 از جانب1 ، شکست، افتادن روی سطح مات ولی1 AT1 و توسط این سطح پراکنده شده است.

سپس از لایه مایع مورد بررسی عبور کرده و روی سطح می افتند. ABمنشور 2.

طبق قانون شکست
، جایی که
و به ترتیب زوایای شکست پرتوها در مایع و منشور هستند.

با افزایش زاویه تابش
زاویه شکست نیز افزایش می یابد و به حداکثر مقدار خود می رسد
، چه زمانی
، تی.

ه) هنگامی که یک پرتو در یک مایع روی یک سطح می لغزد AB. در نتیجه،
. بنابراین، پرتوهای خارج شده از منشور 2 به یک زاویه خاص محدود می شوند
.

پرتوهایی که از مایع به منشور 2 در زوایای بزرگ می آیند، تحت بازتاب داخلی کامل در سطح مشترک قرار می گیرند ABو از یک منشور عبور نکنید.

دستگاه مورد نظر برای مطالعه مایعات، ضریب شکست استفاده می شود که کمتر از ضریب شکست است منشور 2، بنابراین، پرتوهای تمام جهات، که در مرز مایع و شیشه شکسته شده اند، وارد منشور خواهند شد.

بدیهی است که قسمتی از منشور مربوط به پرتوهای ارسال نشده تاریک خواهد شد. در تلسکوپ 4 که در مسیر پرتوهای بیرون آمده از منشور قرار دارد، می توان تقسیم میدان دید را به دو بخش روشن و تاریک مشاهده کرد.

با چرخاندن سیستم منشورهای 1-2، مرز بین میدان روشن و تاریک با تلاقی رشته‌های چشمی تلسکوپ ترکیب می‌شود. سیستم منشورهای 1-2 با مقیاسی همراه است که در مقادیر ضریب شکست کالیبره شده است.

ترازو در قسمت پایین میدان دید لوله قرار دارد و هنگامی که بخش میدان دید با تلاقی رزوه ها ترکیب می شود، مقدار مربوط به ضریب شکست مایع را به دست می دهد. .

به دلیل پراکندگی، رابط میدان دید در نور سفید رنگی خواهد شد. برای حذف رنگ و همچنین تعیین میانگین پراکندگی ماده آزمایشی، از جبران کننده 3 متشکل از دو سیستم منشورهای دید مستقیم چسبانده شده (Amici prisms) استفاده می شود.

منشورها را می توان به طور همزمان در جهات مختلف با استفاده از یک دستگاه مکانیکی چرخشی دقیق چرخانده، در نتیجه پراکندگی ذاتی جبران کننده را تغییر داده و رنگ میدان دید مشاهده شده از طریق سیستم نوری را حذف می کند. 4 یک درام با مقیاس به جبران کننده متصل می شود. ، که توسط آن پارامتر پراکندگی تعیین می شود که امکان محاسبه را فراهم می کند واریانس متوسطمواد

سفارش کار

دستگاه را طوری تنظیم کنید که نور منبع (لامپ رشته ای) وارد منشور روشنایی شده و میدان دید را به طور یکنواخت روشن کند.

2. منشور اندازه گیری را باز کنید.

با یک میله شیشه ای چند قطره آب روی سطح آن بریزید و منشور را با دقت ببندید. شکاف بین منشورها باید به طور مساوی با یک لایه نازک از آب پر شود (به این نکته توجه ویژه ای داشته باشید).

با استفاده از پیچ دستگاه با ترازو، رنگ آمیزی میدان دید را از بین ببرید و مرز تیز بین نور و سایه به دست آورید. آن را با کمک یک پیچ دیگر با علامت ضربدر چشمی دستگاه تراز کنید. ضریب شکست آب را در مقیاس چشمی به نزدیکترین یک هزارم تعیین کنید.

نتایج به دست آمده را با داده های مرجع برای آب مقایسه کنید. اگر تفاوت بین ضریب شکست اندازه گیری شده و جدول بندی شده از 0.001 ± تجاوز نکند، اندازه گیری به درستی انجام شده است.

تمرین 1

1. محلولی از نمک خوراکی ( NaCl) با غلظت نزدیک به حد حلالیت (مثلاً C = 200 گرم در لیتر).

ضریب شکست محلول حاصل را اندازه گیری کنید.

3. با رقیق کردن محلول به تعداد صحیح بار، وابستگی نشانگر را بدست آورید. از غلظت محلول شکسته و جدول را پر کنید. یکی

میز 1

یک تمرین.چگونه تنها با رقیق سازی غلظت محلول برابر با 3/4 حداکثر (اولیه) بدست آوریم؟

نمودار وابستگی رسم n=n(C). پردازش بیشتر داده های تجربی باید طبق دستور معلم انجام شود.

پردازش داده های تجربی

الف) روش گرافیکی

از نمودار شیب را تعیین کنید AT، که در شرایط آزمایش، محلول و حلال را مشخص می کند.

2. غلظت محلول را با استفاده از نمودار تعیین کنید NaClتوسط دستیار آزمایشگاه داده می شود.

ب) روش تحلیلی

روش کمترین مربعاتمحاسبه ولی, ATو اسب.

با توجه به مقادیر یافت شده ولیو ATمیانگین را تعیین کنید
غلظت محلول NaClتوسط دستیار آزمایشگاه داده می شود

سوالات تستی

پراکندگی نور تفاوت در چیست پراکندگی معمولیاز غیر عادی؟

2. پدیده انعکاس کلی درونی چیست؟

3. چرا اندازه گیری ضریب شکست یک مایع بزرگتر از ضریب شکست منشور با استفاده از این تنظیمات غیرممکن است؟

4. چرا صورت یک منشور ولی1 AT1 مات کنیم؟

تنزل، شاخص

دایره المعارف روانشناسی

روشی برای سنجش میزان انحطاط ذهنی! توابع اندازه گیری شده توسط آزمون Wexler-Bellevue. این شاخص بر اساس این مشاهدات است که سطح توسعه برخی از توانایی‌های اندازه‌گیری شده توسط آزمون با افزایش سن کاهش می‌یابد، در حالی که برخی دیگر اینطور نیستند.

فهرست مطالب

دایره المعارف روانشناسی

- یک شاخص، یک ثبت نام، عنوان، و غیره در روانشناسی - یک شاخص دیجیتال برای کمی سازی، توصیف پدیده ها.

ضریب شکست یک ماده به چه چیزی بستگی دارد؟

فهرست مطالب

دایره المعارف روانشناسی

1. بیشتر معنی کلی: هر چیزی که برای علامت گذاری، شناسایی یا هدایت استفاده می شود. نشانه ها، کتیبه ها، علائم یا نمادها. 2. یک فرمول یا عدد، که اغلب به عنوان یک عامل بیان می‌شود و رابطه‌ای بین مقادیر یا اندازه‌گیری‌ها یا بین…

جامعه پذیری، شاخص

دایره المعارف روانشناسی

خصوصیتی که بیانگر جامعه پذیری یک فرد است. به عنوان مثال، یک سوسیوگرام، در میان سایر اندازه گیری ها، ارزیابی اجتماعی بودن اعضای مختلف یک گروه را ارائه می دهد.

انتخاب، فهرست

دایره المعارف روانشناسی

فرمولی برای ارزیابی قدرت یک آزمون یا آیتم آزمایشی خاص در تشخیص افراد از یکدیگر.

قابلیت اطمینان، شاخص

دایره المعارف روانشناسی

آماری که تخمینی از همبستگی بین مقادیر واقعی به دست آمده از آزمون و مقادیر از نظر نظری صحیح را ارائه می دهد.

این شاخص به عنوان مقدار r داده می شود که r ضریب ایمنی محاسبه شده است.

کارایی پیش بینی، شاخص

دایره المعارف روانشناسی

اندازه گیری میزان دانش درباره یک متغیر برای پیش بینی متغیر دیگر، با توجه به اینکه همبستگی آن متغیرها مشخص است. معمولا در شکل نمادین این به صورت E بیان می شود، شاخص به صورت 1 - ((...

واژه ها، فهرست

دایره المعارف روانشناسی

یک اصطلاح کلی برای هر فراوانی سیستماتیک رخ دادن کلمات در زبان نوشتاری و/یا گفتاری.

اغلب این شاخص‌ها به حوزه‌های زبانی خاص محدود می‌شوند، مثلاً کتاب‌های درسی کلاس اول، تعاملات والدین و فرزندان. با این حال، برآوردها مشخص است ...

ساختارهای بدن، شاخص

دایره المعارف روانشناسی

اندازه گیری بدن توسط آیزنک بر اساس نسبت قد به دور سینه پیشنهاد شده است.

کسانی که نمرات آنها در محدوده "عادی" بود، مزومورف، درون نامیده می شدند انحراف معیاریا بالاتر از حد متوسط ​​- لپتومورف ها و در محدوده انحراف معیار یا ...

برای سخنرانی شماره 24

"روشهای تحلیل ابزاری"

رفرکتومتری.

ادبیات:

1. V.D. پونومارف "شیمی تحلیلی" 1983 246-251

2. A.A. ایشچنکو "شیمی تحلیلی" 2004 صفحات 181-184

رفرکتومتری.

رفرکتومتری یکی از ساده ترین هاست روش های فیزیکیآنالیز با حداقل مقدار آنالیت و در زمان بسیار کوتاهی انجام می شود.

رفرکتومتری- روشی مبتنی بر پدیده شکست یا شکست یعنی.

تغییر جهت انتشار نور هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر.

شکست، و همچنین جذب نور، پیامد برهمکنش آن با محیط است.

کلمه انکسار سنجی به معنای اندازه گیری شکست نور، که با مقدار ضریب شکست تخمین زده می شود.

مقدار ضریب شکست nبستگی دارد

1) در مورد ترکیب مواد و سیستم ها،

2) از در چه غلظتی و چه مولکول هایی که پرتو نور در راه خود با آنها برخورد می کند، زیرا

تحت تأثیر نور، مولکول های مواد مختلف به روش های مختلف قطبی می شوند. بر این وابستگی است که روش رفرکتومتری استوار است.

این روش دارای چندین مزیت است که در نتیجه کاربرد وسیعی هم در تحقیقات شیمیایی و هم در کنترل فرآیندهای تکنولوژیکی پیدا کرده است.

1) اندازه گیری ضریب شکست فرآیندی بسیار ساده است که با دقت و با حداقل سرمایه گذاری زمان و مقدار ماده انجام می شود.

2) به طور معمول، انکسارسنج ها تا 10 درصد دقت در تعیین ضریب شکست نور و محتوای آنالیت ارائه می دهند.

روش انکسار سنجی برای کنترل اصالت و خلوص، شناسایی مواد منفرد، تعیین ساختار ترکیبات آلی و معدنی در مطالعه محلول ها استفاده می شود.

رفرکتومتری برای تعیین ترکیب محلول های دو جزئی و برای سیستم های سه تایی استفاده می شود.

مبنای فیزیکی روش

نشانگر انکسار.

انحراف پرتو نور از جهت اصلی خود هنگام عبور از یک محیط به رسانه دیگر بیشتر است تفاوت بیشتردر سرعت انتشار نور در دو

این محیط ها

شکست یک پرتو نور را در مرز هر دو محیط شفاف I و II در نظر بگیرید (شکل 2 را ببینید).

برنج.). اجازه دهید قبول کنیم که محیط II قدرت انکساری بیشتری دارد و بنابراین، n1و n2- شکست رسانه مربوطه را نشان می دهد. اگر محیط I نه خلاء باشد و نه هوا، آنگاه نسبت sin زاویه تابش پرتو نور به sin زاویه شکست مقدار ضریب شکست نسبی n rel را به دست می دهد. مقدار n rel.

ضریب شکست شیشه چقدر است؟ و چه زمانی لازم است بدانیم؟

همچنین می تواند به عنوان نسبت ضریب شکست رسانه مورد بررسی تعریف شود.

nrel. = —— = —

مقدار ضریب شکست بستگی دارد

1) ماهیت مواد

ماهیت یک ماده در این مورد با درجه تغییر شکل مولکول های آن تحت تأثیر نور تعیین می شود - درجه قطبش پذیری.

هر چه قطبش پذیری شدیدتر باشد، انکسار نور قوی تر است.

2)طول موج نور فرودی

اندازه گیری ضریب شکست در طول موج نور 589.3 نانومتر (خط D طیف سدیم) انجام می شود.

وابستگی ضریب شکست به طول موج نور را پراکندگی می گویند.

چگونه طول کمترامواج، انکسار بیشتر است. بنابراین، پرتوهای با طول موج های مختلف به طور متفاوتی شکست می شوند.

3)درجه حرارت که در آن اندازه گیری انجام می شود. یک پیش نیازتعیین ضریب شکست انطباق است رژیم دما. به طور معمول، تعیین در 0.30±20 درجه سانتیگراد انجام می شود.

با افزایش دما، ضریب شکست کاهش می یابد و با کاهش دما، افزایش می یابد..

تصحیح دما با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

nt=n20+ (20-t) 0.0002، که در آن

nt-خدا حافظ ضریب شکست در دمای معین،

n20 - ضریب شکست در 200 درجه سانتیگراد

تأثیر دما بر مقادیر ضریب شکست گازها و مایعات به مقادیر ضرایب انبساط حجمی آنها مربوط می شود.

حجم همه گازها و مایعات با گرم شدن افزایش می یابد، چگالی کاهش می یابد و در نتیجه شاخص کاهش می یابد.

ضریب شکست اندازه گیری شده در 200 درجه سانتیگراد و طول موج نور 589.3 نانومتر با این شاخص نشان داده می شود. nD20

وابستگی ضریب شکست یک سیستم دو جزئی همگن به حالت آن به طور تجربی با تعیین ضریب شکست برای تعدادی از سیستم‌های استاندارد (مثلاً محلول‌ها) مشخص می‌شود که محتوای اجزای آن مشخص است.

4) غلظت یک ماده در محلول.

برای بسیاری از محلول های آبی مواد، ضریب شکست در غلظت ها و دماهای مختلف به طور قابل اعتماد اندازه گیری شده است و در این موارد می توان از داده های مرجع استفاده کرد. جداول انکسار سنجی.

تمرین نشان می دهد که وقتی محتوای ماده محلول از 10-20٪ تجاوز نمی کند همراه با روش گرافیکیدر بسیاری از موارد می توانید استفاده کنید معادله خطینوع:

n=no+FC،

n-ضریب شکست محلول،

نهضریب شکست حلال خالص است،

سی- غلظت ماده محلول، %

اف-ضریب تجربی که مقدار آن پیدا می شود

با تعیین ضریب شکست محلول های با غلظت شناخته شده.

انکسارسنج ها.

انکسارسنج ها دستگاه هایی هستند که برای اندازه گیری ضریب شکست استفاده می شوند.

2 نوع از این ابزار وجود دارد: رفرکتومتر نوع Abbe و نوع Pulfrich. هم در آن ها و هم در سایر موارد، اندازه گیری ها بر اساس تعیین بزرگی زاویه محدود کننده شکست است. در عمل از رفرکتومترها استفاده می شود سیستم های مختلف: آزمایشگاه-RL، RLU جهانی، و غیره.

ضریب شکست آب مقطر n0 = 1.33299، در عمل، این شاخص به عنوان مرجع n0 در نظر گرفته می شود. =1,333.

اصل کار بر روی شکست سنج ها بر اساس تعیین ضریب شکست با روش زاویه محدود (زاویه بازتاب کاملسوتا).

رفرکتومتر دستی

رفرکتومتر آبه

این مقاله ماهیت چنین مفهومی از اپتیک را به عنوان ضریب شکست نشان می دهد. فرمول هایی برای به دست آوردن این مقدار داده شده است بررسی کوتاهکاربرد پدیده شکست موج الکترومغناطیسی

قابلیت دیدن و ضریب شکست

در طلوع تمدن، مردم این سوال را مطرح کردند که چشم چگونه می بیند؟ گفته شده است که شخص پرتوهایی از خود ساطع می کند که اجسام اطراف را احساس می کند یا برعکس، همه چیز چنین پرتوهایی را ساطع می کند. پاسخ به این سوال در قرن هفدهم داده شد. در اپتیک موجود است و به ضریب شکست مربوط می شود. نور با انعکاس از سطوح مختلف کدر و شکست در مرز با سطوح شفاف، فرصت دیدن را به فرد می دهد.

نور و ضریب شکست

سیاره ما در نور خورشید پوشیده شده است. و دقیقاً با ماهیت موجی فوتون ها است که مفهومی مانند ضریب شکست مطلق مرتبط است. هنگامی که فوتون در خلاء انتشار می یابد، با هیچ مانعی مواجه نمی شود. در این سیاره، نور با بسیاری از رسانه های چگال تر مواجه می شود: جو (مخلوطی از گازها)، آب، کریستال ها. به عنوان یک موج الکترومغناطیسی، فوتون های نور دارای سرعت یک فاز در خلاء هستند. ج، و در محیط - دیگری (نشان داده شده است v). نسبت اول و دوم چیزی است که ضریب شکست مطلق نامیده می شود. فرمول به این صورت است: n = c / v.

سرعت فاز

ارزش ارائه تعریفی از سرعت فاز محیط الکترومغناطیسی را دارد. در غیر این صورت بفهمید ضریب شکست چیست n، ممنوع است. فوتون نور یک موج است. بنابراین، می توان آن را به عنوان بسته ای از انرژی که در نوسان است نشان داد (بخشی از یک سینوسی را تصور کنید). فاز - این بخشی از سینوسی است که موج در یک زمان معین از آن عبور می کند (به یاد داشته باشید که این برای درک کمیتی مانند ضریب شکست مهم است).

به عنوان مثال، یک فاز می تواند حداکثر یک سینوسی یا بخشی از شیب آن باشد. سرعت فاز یک موج سرعتی است که آن فاز خاص با آن حرکت می کند. همانطور که تعریف ضریب شکست توضیح می دهد، برای خلاء و برای یک محیط، این مقادیر متفاوت است. علاوه بر این، هر محیطی ارزش خاص خود را از این کمیت دارد. هر ترکیب شفاف، هر ترکیبی که باشد، دارای ضریب شکست متفاوت با سایر مواد است.

ضریب شکست مطلق و نسبی

قبلاً در بالا نشان داده شد که قدر مطلق نسبت به خلاء اندازه گیری می شود. با این حال، این در سیاره ما دشوار است: نور بیشتر به مرز هوا و آب یا کوارتز و اسپینل برخورد می کند. برای هر یک از این رسانه ها، همانطور که در بالا ذکر شد، ضریب شکست متفاوت است. در هوا، یک فوتون نور در یک جهت حرکت می کند و یک سرعت فاز دارد (v 1)، اما وقتی وارد آب می شود، جهت انتشار و سرعت فاز (v 2) را تغییر می دهد. با این حال، هر دوی این جهت ها در یک صفحه قرار دارند. این برای درک چگونگی شکل گیری تصویر دنیای اطراف بر روی شبکیه چشم یا روی ماتریس دوربین بسیار مهم است. نسبت دو مقدار مطلق ضریب شکست نسبی را نشان می دهد. فرمول به این شکل است: n 12 \u003d v 1 / v 2.

اما اگر نور برعکس از آب خارج شده و وارد هوا شود چه؟ سپس این مقدار با فرمول n 21 = v 2 / v 1 تعیین می شود. هنگام ضرب ضرایب شکست نسبی، n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1 بدست می آوریم. این نسبت برای هر جفت رسانه صادق است. ضریب شکست نسبی را می توان از سینوس های زوایای بروز و شکست n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2 پیدا کرد. فراموش نکنید که زاویه ها از حالت عادی به سطح شمارش می شوند. عادی خطی است که بر سطح عمود باشد. یعنی اگر به مسئله زاویه داده شود α سقوط نسبت به خود سطح، سپس سینوس (90 - α) باید در نظر گرفته شود.

زیبایی ضریب شکست و کاربردهای آن

در یک روز آفتابی آرام، تابش خیره کننده در پایین دریاچه بازی می کند. یخ آبی تیره سنگ را پوشانده است. روی دست یک زن، یک الماس هزاران جرقه می پراکند. این پدیده ها نتیجه این واقعیت است که تمام مرزهای رسانه شفاف دارای ضریب شکست نسبی هستند. علاوه بر لذت زیبایی شناختی، می توان از این پدیده برای کاربردهای عملی نیز استفاده کرد.

در اینجا چند نمونه آورده شده است:

• یک عدسی شیشه ای پرتو را جمع می کند نور خورشیدو علف ها را به آتش می کشد.
• پرتو لیزر بر روی اندام بیمار متمرکز شده و بافت غیر ضروری را قطع می کند.
• نور خورشید بر روی یک پنجره شیشه ای رنگی باستانی شکسته می شود و فضای خاصی ایجاد می کند.
• میکروسکوپ جزئیات بسیار کوچک را بزرگ می کند
• لنزهای اسپکتروفتومتر نور لیزر منعکس شده از سطح ماده مورد مطالعه را جمع آوری می کنند. بنابراین، درک ساختار و سپس خواص مواد جدید امکان پذیر است.
• حتی پروژه ای برای یک کامپیوتر فوتونیک وجود دارد که در آن اطلاعات نه از طریق الکترون ها، همانطور که اکنون وجود دارد، بلکه توسط فوتون ها منتقل می شود. برای چنین دستگاهی قطعاً به عناصر انکساری نیاز خواهد بود.

طول موج

با این حال، خورشید نه تنها در طیف مرئی، فوتون های ما را تامین می کند. محدوده اشعه مادون قرمز، فرابنفش و اشعه ایکس توسط دید انسان درک نمی شود، اما بر زندگی ما تأثیر می گذارد. پرتوهای IR ما را گرم نگه می دارند، فوتون های UV اتمسفر بالایی را یونیزه می کنند و گیاهان را قادر می سازند تا از طریق فتوسنتز اکسیژن تولید کنند.

و اینکه ضریب شکست برابر است نه تنها به موادی که مرز بین آنها قرار دارد، بلکه به طول موج تابش فرودی نیز بستگی دارد. معمولاً از زمینه مشخص می شود که به کدام ارزش اشاره می شود. یعنی اگر کتاب اشعه ایکس و تاثیر آن بر روی انسان را در نظر گرفته باشد، پس nدر آنجا برای این محدوده تعریف شده است. اما معمولاً منظور از طیف مرئی امواج الکترومغناطیسی است، مگر اینکه طور دیگری مشخص شده باشد.

ضریب شکست و بازتاب

همانطور که از مطالب فوق مشخص شد، ما داریم صحبت می کنیمدر مورد رسانه های شفاف به عنوان مثال، هوا، آب، الماس را ذکر کردیم. اما چوب، گرانیت، پلاستیک چطور؟ آیا چیزی به نام ضریب شکست برای آنها وجود دارد؟ پاسخ پیچیده است، اما به طور کلی بله.

اول از همه باید در نظر بگیریم که با چه نوع نوری سروکار داریم. آن دسته از محیط‌هایی که برای فوتون‌های مرئی کدر هستند، توسط اشعه ایکس یا تابش گاما بریده می‌شوند. یعنی اگر همه ما ابرمرد بودیم، پس کل دنیای اطراف ما برای ما شفاف بود، اما به درجات مختلف. به عنوان مثال، دیوارهای ساخته شده از بتن از ژله متراکم تر نیستند و اتصالات فلزی مانند قطعات میوه متراکم تر به نظر می رسند.

برای ذرات بنیادی دیگر، میون ها، سیاره ما به طور کلی از طریق و از طریق شفاف است. در یک زمان، دانشمندان برای اثبات واقعیت وجود خود مشکلات زیادی به همراه داشتند. میون ها در هر ثانیه میلیون ها ما را سوراخ می کنند، اما احتمال برخورد یک ذره منفرد با ماده بسیار کم است و رفع آن بسیار دشوار است. به هر حال، بایکال به زودی به مکانی برای "گرفتن" میون تبدیل خواهد شد. آب عمیق و شفاف آن برای این کار ایده آل است - به خصوص در زمستان. نکته اصلی این است که سنسورها یخ نمی زنند. بنابراین، ضریب شکست بتن، به عنوان مثال، برای فوتون های اشعه ایکس منطقی است. علاوه بر این، تابش اشعه ایکس به یک ماده یکی از دقیق ترین و مهم ترین روش ها برای مطالعه ساختار کریستال ها است.

همچنین شایان ذکر است که از نظر ریاضی، موادی که برای یک محدوده معین مات هستند دارای ضریب شکست خیالی هستند. در نهایت، باید درک کرد که دمای یک ماده نیز می تواند بر شفافیت آن تأثیر بگذارد.

درس 25/III-1 انتشار نور در رسانه های مختلف. شکست نور در سطح مشترک بین دو رسانه.

یادگیری مطالب جدید.

تا به حال، ما انتشار نور را در یک محیط، طبق معمول - در هوا در نظر گرفته‌ایم. نور می تواند در رسانه های مختلف منتشر شود: حرکت از یک رسانه به رسانه دیگر. در نقاط فرود، پرتوها نه تنها از سطح منعکس می شوند، بلکه تا حدی از آن عبور می کنند. چنین انتقالی باعث بسیاری از پدیده های زیبا و جالب می شود.

تغییر جهت انتشار نوری که از مرز دو محیط عبور می کند، شکست نور نامیده می شود.

بخشی از پرتو نوری که روی رابط بین دو رسانه شفاف تابیده می شود منعکس می شود و بخشی به محیط دیگری می رود. در این حالت جهت پرتو نور که به محیط دیگری رفته است تغییر می کند. بنابراین، پدیده را شکست، و پرتو را شکسته می گویند.

1 - پرتو فرود

2 - پرتو بازتابی

3 - پرتو شکسته α β

OO 1 - مرز بین دو رسانه

MN - عمود بر O O 1

زاویه ایجاد شده توسط پرتو و عمود بر سطح مشترک بین دو محیط، که تا نقطه فرود پرتو کاهش می یابد، زاویه شکست نامیده می شود. γ (گاما).

نور در خلاء با سرعت 300000 کیلومتر بر ثانیه حرکت می کند. در هر محیطی، سرعت نور همیشه کمتر از خلاء است. بنابراین وقتی نور از محیطی به محیط دیگر می‌گذرد، سرعت آن کاهش می‌یابد و دلیل شکست نور نیز همین است. هر چه سرعت انتشار نور در یک محیط معین کمتر باشد، چگالی نوری این محیط بیشتر است. به عنوان مثال، هوا چگالی نوری بالاتری نسبت به خلاء دارد، زیرا سرعت نور در هوا تا حدودی کمتر از خلاء است. چگالی نوری آب بیشتر از چگالی نوری هوا است، زیرا سرعت نور در هوا بیشتر از آب است.

هر چه چگالی نوری دو رسانه بیشتر متفاوت باشد، نور بیشتری در سطح مشترک آنها شکست می شود. هر چه سرعت نور در سطح مشترک بین دو رسانه بیشتر تغییر کند، بیشتر شکسته می شود.

برای هر ماده شفاف چنین مهمی وجود دارد ویژگی فیزیکی، به عنوان ضریب شکست نور nاین نشان می دهد که چند برابر سرعت نور در یک ماده معین کمتر از خلاء است.

ضریب شکست

ماده		ماده		ماده
		سنگ نمک		سقز
		روغن سدر		اتانول
گلیسرول		پلکسی گلاس		شیشه (سبک)
		دی سولفید کربن

نسبت بین زاویه تابش و زاویه شکست به چگالی نوری هر محیط بستگی دارد. اگر یک پرتو نور از محیطی با چگالی نوری کمتر به محیطی با چگالی نوری بالاتر عبور کند، زاویه شکست کوچکتر از زاویه تابش خواهد بود. اگر یک پرتو نور از محیطی با چگالی نوری بالاتر عبور کند، آنگاه زاویه شکست کوچکتر از زاویه تابش خواهد بود. اگر یک پرتو نور از محیطی با چگالی نوری بالاتر به محیطی با چگالی نوری کمتر عبور کند، زاویه شکست بزرگتر از زاویه تابش است.

یعنی اگر n 1 باشد γ; اگر n 1 >n 2 , آنگاه α<γ.

قانون شکست نور :

پرتو فرودی، پرتو شکسته و عمود بر سطح مشترک بین دو محیط در نقطه برخورد پرتو در یک صفحه قرار دارند.

نسبت های زاویه تابش و زاویه شکست با فرمول تعیین می شود.

جایی که سینوس زاویه تابش است، سینوس زاویه شکست است.

مقدار سینوس ها و مماس ها برای زوایای 0 - 900

درجه			درجه			درجه

قانون شکست نور اولین بار توسط ستاره شناس و ریاضیدان هلندی دبلیو اسنلیوس در حدود سال 1626، استاد دانشگاه لیدن (1613) فرموله شد.

برای قرن شانزدهم، اپتیک یک علم فوق مدرن بود.از یک توپ شیشه ای پر از آب که به عنوان عدسی استفاده می شد، یک ذره بین به وجود آمد. و از آن یک شیشه جاسوسی و یک میکروسکوپ اختراع کردند. در آن زمان هلند برای مشاهده ساحل و فرار به موقع از دست دشمنان به تلسکوپ نیاز داشت. این اپتیک بود که موفقیت و قابلیت اطمینان ناوبری را تضمین می کرد. بنابراین، در هلند، دانشمندان زیادی به اپتیک علاقه داشتند. اسکل ون روین (Snelius) هلندی مشاهده کرد که چگونه یک پرتو نازک نور در یک آینه منعکس می شود. او زاویه تابش و زاویه انعکاس را اندازه گرفت و دریافت که زاویه انعکاس برابر با زاویه تابش است. او همچنین صاحب قوانین بازتاب نور است. او قانون شکست نور را استنباط کرد.

قانون شکست نور را در نظر بگیرید.

در آن - ضریب شکست نسبی محیط دوم نسبت به اولی، در صورتی که دومی دارای چگالی نوری بالایی باشد. اگر نور شکسته شود و از محیطی با چگالی نوری کمتر عبور کند، α< γ, тогда

اگر محیط اول خلاء است، n 1 = 1 سپس .

این ضریب ضریب شکست مطلق محیط دوم نامیده می شود:

سرعت نور در خلاء کجاست، سرعت نور در یک محیط معین.

نتیجه انکسار نور در جو زمین این واقعیت است که ما خورشید و ستارگان را کمی بالاتر از موقعیت واقعی خود می بینیم. شکست نور می تواند وقوع سراب، رنگین کمان را توضیح دهد ... پدیده شکست نور اساس اصل عملکرد دستگاه های نوری عددی است: میکروسکوپ، تلسکوپ، دوربین.

ضریب شکست یک محیط نسبت به خلاء، یعنی برای حالت انتقال پرتوهای نور از خلاء به یک محیط، مطلق نامیده می شود و با فرمول (27.10) تعیین می شود: n=c/v.

در محاسبات، ضریب شکست مطلق از جداول گرفته می شود، زیرا مقدار آنها با استفاده از آزمایش ها کاملاً دقیق تعیین می شود. از آنجایی که c بزرگتر از v است، پس ضریب شکست مطلق همیشه بزرگتر از واحد است.

اگر تابش نور از خلاء به محیط منتقل شود، فرمول قانون دوم شکست به صورت زیر نوشته می شود:

sin i/sin β = n. (29.6)

فرمول (29.6) همچنین اغلب در عمل زمانی که پرتوها از هوا به یک محیط عبور می کنند استفاده می شود، زیرا سرعت انتشار نور در هوا بسیار کمی با c متفاوت است. این را می توان از این واقعیت دریافت که ضریب شکست مطلق هوا 1.0029 است.

هنگامی که پرتو از محیط به خلاء (به هوا) می رود، فرمول قانون دوم شکست به شکل زیر در می آید:

sin i/sin β = 1/n. (29.7)

در این حالت، پرتوها هنگام خروج از محیط، لزوماً از عمود بر سطح مشترک بین محیط و خلاء دور می شوند.

بیایید دریابیم که چگونه می توانید ضریب شکست نسبی n21 را از ضریب شکست مطلق پیدا کنید. اجازه دهید نور از محیطی با شاخص مطلق n1 به محیطی با شاخص مطلق n2 عبور کند. سپس n1 = c/V1 وn2 = s/v2، از کجا:

n2/n1=v1/v2=n21. (29.8)

فرمول قانون دوم شکست برای چنین حالتی اغلب به صورت زیر نوشته می شود:

sini/sinβ = n2/n1. (29.9)

اجازه دهید به یاد داشته باشید که توسط شارح مطلق نظریه ماکسولشکست را می توان از رابطه پیدا کرد: n = √(με). از آنجایی که برای مواد شفاف نسبت به تابش نور، μ عملا برابر با وحدت است، می‌توان فرض کرد که:

n = √ε. (29.10)

از آنجایی که فرکانس نوسانات در تابش نور در حد 10 14 هرتز است، نه دوقطبی ها و نه یون های یک دی الکتریک که جرم نسبتاً زیادی دارند، زمان تغییر موقعیت خود را با چنین فرکانس و خواص دی الکتریک یک ماده ندارند. تحت این شرایط تنها توسط قطبش الکترونیکی اتم های آن تعیین می شود. این تفاوت بین مقدار ε= را توضیح می دهدn 2 از (29.10) و ε st در الکترواستاتیک.بنابراین، برای آب ε \u003d n 2 \u003d 1.77 و ε st \u003d 81؛ دی الکتریک جامد یونی NaCl ε = 2.25، و ε st = 5.6. وقتی ماده ای از اتم های همگن یا مولکول های غیر قطبی تشکیل شده باشد، یعنی نه یون داشته باشد و نه دوقطبی طبیعی، آنگاه قطبش آن فقط می تواند الکترونیکی باشد. برای مواد مشابه، ε از (29.10) و ε st منطبق هستند. نمونه ای از چنین ماده ای الماس است که فقط از اتم های کربن تشکیل شده است.

توجه داشته باشید که مقدار ضریب شکست مطلق، علاوه بر نوع ماده، به فرکانس نوسان، یا به طول موج تابش نیز بستگی دارد. . با کاهش طول موج، به عنوان یک قاعده، ضریب شکست افزایش می یابد.