Заломлення світла- явище, у якому промінь світла, переходячи з одного середовища до іншого, змінює напрямок межі цих середовищ.

Заломлення світла відбувається за таким законом:
Падаючий і заломлений промені та перпендикуляр, проведений до межі розділу двох середовищ у точці падіння променя, лежать в одній площині. Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є постійна величина для двох середовищ:
,
де α - кут падіння,
β - кут заломлення,
n - постійна величина, яка залежить від кута падіння.

При зміні кута падіння змінюється кут заломлення. Чим більший кут падіння, тим більший кут заломлення.
Якщо світло йде з середовища оптично менш щільного в більш щільне середовище, то кут заломлення завжди менше кута падіння: β < α.
Промінь світла, спрямований перпендикулярно до межі поділу двох середовищ, проходить з одного середовища до іншого без заломлення.

абсолютний показник заломлення речовини- величина, що дорівнює відношенню фазових швидкостей світла (електромагнітних хвиль) у вакуумі та в даному середовищі n=c/v
Величина n, що входить до закону заломлення, називається відносним показником заломлення для пари середовищ.

Величина n є відносний показник заломлення середовища по відношенню до середовища А, а n" = 1/n є відносний показник заломлення середовища А по відношенню до середовища.
Ця величина за інших рівних умов більша одиниці при переході променя з середовища більш щільного в середовище менш щільного, і менше одиниці при переході променя з середовища менш щільного в середовище більш щільного (наприклад, з газу або з вакууму в рідину або тверде тіло). Є винятки з цього правила, і тому прийнято називати середовище оптично більш менш щільним, ніж інше.
Промінь, що падає з безповітряного простору на поверхню якого-небудь середовища, переломлюється сильніше, ніж при падінні на неї з іншого середовища А; показник заломлення променя, що падає на середу з безповітряного простору, називається його абсолютним показникомзаломлення.

(Абсолютний – щодо вакууму.
Відносний - щодо будь-якої іншої речовини (того ж повітря, наприклад).
Відносний показник двох речовин є відношення їх абсолютних показників.

Повне внутрішнє відображення- внутрішнє відбиток, за умови, що кут падіння перевершує певний критичний кут. При цьому падаюча хвиля відбивається повністю, і значення коефіцієнта відображення перевершує його найбільші значення для полірованих поверхонь. Коефіцієнт відбиття при повному внутрішньому відбитку залежить від довжини хвилі.

В оптиці це явище спостерігається широкого спектра електромагнітного випромінювання, включаючи рентгенівський діапазон.

У геометричній оптиці явище пояснюється рамках закону Снелла. Враховуючи, що кут заломлення не може перевищувати 90°, отримуємо, що при вугіллі падіння, синус якого більший за відношення меншого показника заломлення до більшого показника, електромагнітна хвиля повинна повністю відображатися в першу середу.

Відповідно до хвильової теорії явища, електромагнітна хвиля все ж таки проникає в друге середовище - там поширюється так звана «неоднорідна хвиля», яка експоненційно згасає і енергію з собою не забирає. Характерна глибина проникнення неоднорідної хвилі у друге середовище порядку довжини хвилі.

Закони заломлення світла.

З усього сказаного укладаємо:
1 . На межі розділу двох середовищ різної оптичної щільності промінь світла при переході з одного середовища до іншого змінює свій напрямок.
2. При переході променя світла в середу з більшою оптичною щільністю кут заломлення менший від кута падіння; при переході променя світла з оптично більш щільного середовища в середовище менш щільне кут заломлення більше кута падіння.
Заломлення світла супроводжується відображенням, причому зі збільшенням кута падіння яскравість відбитого пучка зростає, а заломленого слабшає. Це можна побачити, проводячи досвід, зображений на малюнку. Отже, відбитий пучок забирає із собою тим більше світлової енергії, чим більше кут падіння.

Нехай MN-кордон розділу двох прозорих середовищ, наприклад, повітря та води, АТ-падаючий промінь, ОВ- Заломлений промінь, - Кут падіння, - Кут заломлення, - Швидкість поширення світла в першому середовищі, - Швидкість поширення світла в другому середовищі.

Закони фізики відіграють дуже важливу роль при проведенні розрахунків для планування певної стратегії виробництва будь-якого товару або при складанні проекту будівництва споруд різного призначення. Багато величин є розрахунковими, отже перед стартом робіт із планування виробляються вимірювання та обчислення. Наприклад, показник заломлення скла дорівнює відношенню синуса кута падіння до синуса кута заломлення.

Так що спочатку йде процес вимірювання кутів, потім обчислюють їх синус, а вже потім можна отримати шукане значення. Незважаючи на наявність табличних даних, варто щоразу проводити додаткові розрахунки, оскільки в довідниках найчастіше використовуються ідеальні умови, яких досягти в реального життяпрактично неможливо. Тому насправді показник обов'язково відрізнятиметься від табличного, а в деяких ситуаціях це має важливе значення.

Абсолютний показник

Абсолютний показник заломлення залежить від марки скла, тому що на практиці є безліч варіантів, що відрізняються за складом і ступенем прозорості. У середньому він становить 1,5 і коливається навколо цього значення на 0,2 у той чи інший бік. В окремих випадках можуть бути відхилення від цієї цифри.

Знову ж таки, якщо важливий точний показник, то без додаткових вимірів не обійтися. Але і вони не дають стовідсотково достовірного результату, тому що на підсумкове значення впливатиме положення сонця на небосхилі та хмарність у день вимірювань. На щастя, в 99,99% випадку досить просто знати, що показник заломлення такого матеріалу, як скло більше одиниці і менше двійки, а решта десятих і сотих частин не відіграють ролі.

На форумах, які займаються допомогою у вирішенні завдань з фізики, часто з'являється питання, який показник заломлення скла та алмазу? Багато хто думає, що якщо ці дві речовини схожі зовні, то й властивості у них мають бути приблизно однаковими. Але це помилка.

Максимальне заломлення у скла перебуватиме на рівні близько 1,7, тоді як у алмазу цей показник досягає позначки 2,42. Даний дорогоцінний каміньє одним з небагатьох матеріалів на Землі, рівень заломлення якого перевищує позначку 2. Це пов'язано з його кристалічною будовою і великим рівнем розкиду світлових променів. Огранювання грає у змінах табличного значення мінімальну роль.

Відносний показник

Відносний показник для деяких середовищ можна охарактеризувати так:

• - показник заломлення скла щодо води становить приблизно 1,18;
• - показник заломлення цього матеріалу відносно повітря дорівнює значенню 1,5;
• - показник заломлення щодо спирту – 1,1.

Вимірювання показника та обчислення відносного значення проводяться за відомим алгоритмом. Щоб знайти відносний параметр, потрібно розділити одне табличне значення інше. Або ж зробити дослідні розрахунки для двох середовищ, а потім уже ділити отримані дані. Такі операції часто проводяться на лабораторних заняттях з фізики.

Визначення показника заломлення

Визначити показник заломлення скла практично досить складно, оскільки потрібні високоточні прилади для вимірювання початкових даних. Будь-яка похибка зростатиме, оскільки під час обчислення використовуються складні формули, які потребують відсутності помилок.

Взагалі цей коефіцієнт показує, у скільки разів уповільнюється швидкість поширення світлових променів при проходженні через певну перешкоду. Тому він характерний лише для прозорих матеріалів. За еталонне значення, тобто за одиницю, взято показник заломлення газів. Це було зроблено для того, щоб можна відштовхуватися від якогось значення при розрахунках.

Якщо сонячний промінь падає на поверхню скла з показником заломлення, що дорівнює табличному значенню, то можна змінити його кількома способами:

• 1. Поклеїти зверху плівку, у якої коефіцієнт заломлення буде вищим, ніж у скла. Цей принцип використовується в тонуванні вікон автомобіля, щоб покращити комфорт пасажирів та дозволити водію чіткіше спостерігати за дорожньою обстановкою. Також плівка стримуватиме і ультрафіолетове випромінювання.
• 2. Пофарбувати скло фарбою. Так роблять виробники дешевих сонцезахисних окулярів, але варто врахувати, що це може бути шкідливим для зору. У хороших моделях скла відразу виробляються кольоровими за спеціальною технологією.
• 3. Завантажити скло в будь-яку рідину. Це корисно винятково для дослідів.

Якщо промінь світла переходить зі скла, то показник заломлення на наступному матеріалі розраховується за допомогою відносного коефіцієнта, який можна отримати, зіставивши між собою табличні значення. Ці обчислення дуже важливі при проектуванні оптичних систем, які мають практичне або експериментальне навантаження. Помилки тут неприпустимі, тому що вони призведуть до неправильної роботи всього приладу, і тоді будь-які отримані дані будуть марні.

Щоб визначити швидкість світла у склі з показником заломлення, потрібно абсолютне значення швидкості у вакуумі розділити на величину заломлення. Вакуум використовується як еталонне середовище, тому що там не діє заломлення через відсутність будь-яких речовин, які могли б заважати безперешкодному руху світлових променів по заданій траєкторії.

У будь-яких розрахункових показниках швидкість буде меншою, ніж у еталонному середовищі, оскільки коефіцієнт заломлення завжди більше одиниці.

Звернемося до докладнішому розгляду показника заломлення, введеного нами в §81 під час формулювання закону заломлення.

Показник заломлення залежить від оптичних властивостей і того середовища, з якого промінь падає, і того середовища, в яке він проникає. Показник заломлення, отриманий у тому випадку, коли світло з вакууму падає на якесь середовище, називається абсолютним показником заломлення даного середовища.

Рис. 184. Відносний показник заломлення двох середовищ:

Нехай абсолютний показник заломлення першого середовища є другий середовища - . Розглядаючи заломлення на межі першого та другого середовищ, переконаємося, що показник заломлення при переході з першого середовища в друге, так званий відносний показник заломлення, дорівнює відношенню абсолютних показників заломлення другого та першого середовищ:

(Рис. 184). Навпаки, при переході з другого середовища до першого маємо відносний показник заломлення

Встановлений зв'язок між відносним показником заломлення двох середовищ та їх абсолютними показниками заломлення міг би бути виведений і теоретичним шляхом, без нових дослідів, подібно до того, як це можна зробити для закону оборотності (§82),

Середовище, що має великий показник заломлення, називається оптично більш щільним. Зазвичай вимірюється показник заломлення різних середовищ щодо повітря. Абсолютний показник заломлення повітря дорівнює. Таким чином, абсолютний показник заломлення будь-якого середовища пов'язаний з її показником заломлення щодо повітря формулою

Таблиця 6. Показник заломлення різних речовинщодо повітря

Показник заломлення залежить від довжини хвилі світла, тобто його кольору. Різним кольорам відповідають різні показники заломлення. Це явище, яке називається дисперсією, відіграє важливу роль в оптиці. Ми неодноразово матимемо справу з цим явищем у наступних розділах. Дані, наведені у табл. 6, відносяться до жовтого світла.

Цікаво відзначити, що закон відображення може бути формально записаний у тому вигляді, як і закон заломлення. Згадаймо, що ми домовилися завжди вимірювати кути від перпендикуляра до відповідного променя. Отже, слід вважати кут падіння і кут відображення мають протилежні знаки, тобто. закон відображення можна записати у вигляді

Порівнюючи (83.4) із законом заломлення, ми бачимо, що закон відображення можна розглядати як окремий випадок закону заломлення при . Ця формальна подібність законів відображення та заломлення приносить велику користь при вирішенні практичних завдань.

У попередньому викладі показник заломлення мав сенс константи середовища, що не залежить від інтенсивності світла, що проходить через неї. Таке тлумачення показника заломлення цілком природно, проте у разі великих інтенсивностей випромінювання, досяжних під час використання сучасних лазерів, воно виправдовується. Властивості середовища, через яке проходить сильне світлове випромінювання, у разі залежить від його інтенсивності. Як кажуть, середовище стає нелінійним. Нелінійність середовища проявляється, зокрема, у цьому, що світлова хвиля великий інтенсивності змінює показник заломлення. Залежність показника заломлення від інтенсивності випромінювання має вигляд

Тут – звичайний показник заломлення, а – нелінійний показник заломлення, – множник пропорційності. Додатковий член у цій формулі може бути як позитивним, і негативним.

Відносні зміни показника заломлення порівняно невеликі. При нелінійний показник заломлення. Проте навіть такі невеликі зміни показника заломлення відчутні: вони виявляються у своєрідному явище самофокусування світла.

Розглянемо середовище із позитивним нелінійним показником заломлення. У цьому випадку області підвищеної інтенсивності світла є одночасною областями збільшеного показника заломлення. Зазвичай у реальному лазерному випромінюванні розподіл інтенсивності перерізу пучка променів неоднорідно: інтенсивність максимальна по осі і плавно спадає до країв пучка, як це показано на рис. 185 суцільними кривими. Подібний розподіл описує також зміну показника заломлення перерізу кювети з нелінійним середовищем, вздовж осі якої поширюється лазерний промінь. Показник заломлення, найбільший по осі кювети, плавно спадає до стінок (штрихові криві на рис. 185).

Пучок променів, що виходить з лазера паралельно осі, потрапляючи в середу зі змінним показником заломлення, відхиляється в той бік, де більше. Тому підвищена інтенсивність поблизу осп кювети призводить до концентрації світлових променів у цій галузі, показаної схематично в перерізах та на рис. 185, а це призводить до подальшого зростання. Зрештою ефективний переріз світлового пучка, що проходить через нелінійне середовище, суттєво зменшується. Світло проходить як би вузьким каналом з підвищеним показником заломлення. Таким чином, лазерний пучок променів звужується, нелінійне середовище під дією інтенсивного випромінювання діє як лінза, що збирає. Це явище називається самофокусування. Його можна спостерігати, наприклад, у рідкому нітробензолі.

Рис. 185. Розподіл інтенсивності випромінювання та показника заломлення по перерізу лазерного пучка променів на вході в кювету (а), поблизу вхідного торця (), у середині (), поблизу вихідного торця кювети ()

Визначення показника заломлення прозорих твердих тіл

І рідин

Прилади та приладдя: мікроскоп зі світлофільтром, плоскопаралельна пластинка з міткою АВ у вигляді хреста; рефрактометр марки "РЛ"; набір рідин.

Мета роботи:визначити показники заломлення скла та рідин.

Визначення показника заломлення скла за допомогою мікроскопа

Для визначення показника заломлення твердого прозорого тіла застосовується плоскопаралельна пластинка, виготовлена ​​з цього матеріалу, з міткою.

Мітка є двома взаємно перпендикулярними подряпинами, одна з яких (А) нанесена на нижню, а друга (В) — на верхню поверхню пластинки. Платівка висвітлюється монохроматичним світлом і у мікроскоп. на
Рис. 4.7 представлено переріз досліджуваної платівки вертикальною площиною.

Промені АТ та АЕ після заломлення на кордоні скло – повітря йдуть у напрямках ДД1 та ЕЕ1 та потрапляють в об'єктив мікроскопа.

Спостерігач, який дивиться на пластину зверху, бачить точку на перетині продовження променів ДД1 і ЕЕ1, тобто. у точці С.

Таким чином, точка А здається спостерігачеві розташованої в точці С. Знайдемо зв'язок між показником заломлення n матеріалу пластинки, товщиною d і товщиною d1 пластинки, що здається.

4.7 видно, що ВД = ВСtgi, BD = АВtgr, звідки

tgi/tgr = AB/BC,

де AB = d - Товщина пластинки; ВС = d1 товщина пластинки, що здається.

Якщо кути i та r малі, то

Sini / Sinr = tgi / tgr, (4.5)

тобто. Sini/Sinr = d/d1.

Враховуючи закон заломлення світла, отримаємо

Вимірювання d/d1 здійснюється за допомогою мікроскопа.

Оптична схема мікроскопа складається з двох систем: спостережної, до якої входять об'єктив і окуляр, вмонтовані в тубус, і освітлювальної, що складається з дзеркала і світлофільтра, що знімається. Фокусування зображення проводиться обертанням рукояток, розташованих по обидві сторони від тубуса.

На осі правої рукоятки укріплено диск зі шкалою лімб.

Відлік b по лімбу щодо нерухомого покажчика визначає відстань h від об'єктива до предметного столика мікроскопа:

Коефіцієнт k вказує, яку висоту зміщується тубус мікроскопа при повороті рукоятки на 1°.

Діаметр об'єктива в даній установці малий у порівнянні з відстанню h, тому крайній промінь, який потрапляє в об'єктив, утворює малий кут з оптичною віссю мікроскопа.

Кут заломлення r світла в платівці менше, ніж кут i, тобто. теж малий, що відповідає умові (4.5).

Порядок виконання роботи

1. Покласти пластинку на предметний столик мікроскопа так, щоб точка перетину штрихів А та В (див. рис.

Показник заломлення

4.7) перебувала у полі зору.

2. Обертаючи рукоятку підйомного механізму, підняти тубус у верхнє положення.

3. Дивлячись в окуляр, обертанням рукоятки опускати тубус мікроскопа плавно доти, доки поле зору не вийде чітке зображенняподряпини, нанесеної на верхню поверхню пластинки. Записати показання b1 лімба, яке пропорційне відстані h1 від об'єктиву мікроскопа до верхньої грані платівки: h1 = kb1 (рис.

4. Продовжити опускання тубуса плавно доти, доки не вийде чітке зображення подряпини А, яка здається спостерігачеві, розташованій у точці С. Записати нове показання b2 лімба. Відстань h1 від об'єктива до верхньої поверхні платівки пропорційно b2:
h2 = kb2 (рис. 4.8 б).

Відстань від точок В і З до об'єктиву рівні, оскільки спостерігач бачить їх однаково чітко.

Зміщення тубуса h1-h2 одно здається товщині пластинки (рис.

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

5. Виміряти товщину пластинки d у місці перетину штрихів. Для цього під досліджувану пластинку 1 (рис. 4.9) помістити допоміжну скляну пластинку 2 і опускати тубус мікроскопа до тих пір, поки об'єктив не торкнеться (злегка) пластинки, що досліджується. Помітити показання лімбу a1. Зняти досліджувану пластинку і опускати тубус мікроскопа до тих пір, поки об'єктив не торкнеться пластинки 2.

Помітити показ a2.

Об'єктив мікроскопа опуститься у своїй на висоту, рівну товщині досліджуваної платівки, тобто.

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

6. Обчислити показник заломлення матеріалу платівки за формулою

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

7. Повторити всі вказані вище вимірювання 3 - 5 разів, обчислити середнє значення n, абсолютну і відносну похибки rn та rn/n.

Визначення показника заломлення рідин за допомогою рефрактометра

Прилади, які служать визначення показників заломлення, називаються рефрактометрами.

Загальний вигляд та оптична схема рефрактометра РЛ показані на рис. 4.10 та 4.11.

Вимірювання показника заломлення рідин за допомогою рефрактометра РЛ засноване на явищі заломлення світла, що пройшов через межу поділу двох середовищ з різними показниками заломлення.

Світловий пучок (мал.

4.11) від джерела 1 (лампа розжарювання або денне розсіяне світло) за допомогою дзеркала 2 направляється через віконце в корпусі приладу на подвійну призму, що складається з призм 3 і 4, які виготовлені зі скла з показником заломлення 1,540.

Поверхня АА верхньої освітлювальної призми 3 (рис.

4.12, а) матова і служить для освітлення розсіяним світлом рідини, нанесеним тонким шаром у зазорі між призмами 3 і 4. Світло, розсіяне матовою поверхнею 3, проходить плоскопаралельний шар досліджуваної рідини і падає на діагональну грань ВР нижньої призми 4
кутами i не більше від нуля до 90°.

Щоб уникнути явища повного внутрішнього відображеннясвітла лежить на поверхні ВР, показник заломлення досліджуваної рідини може бути менше, ніж показник заломлення скла призми 4, тобто.

менше ніж 1,540.

Промінь світла, кут падіння якого дорівнює 90 °, називається ковзним.

Ковзаючий промінь, заломлюючись на межі рідина – скло, піде в призмі 4 під граничним кутом заломлення rпр< 90о.

Заломлення ковзного променя в точці Д (див. рис 4.12 а) підпорядковується закону

nст/nж = siniпр/sinrпр (4.11)

або nж = nстsinrпр, (4.12)

тому що siniпр = 1.

На поверхні ВС призми 4 відбувається повторне заломлення світлових променів і тоді

Sini¢пр/sinr¢пр = 1/ nст, (4.13)

r¢пр+i¢пр = i¢пр =a , (4.14)

де a-заломлюючий промінь призми 4.

Вирішуючи спільно систему рівнянь (4.12), (4.13), (4.14), можна отримати формулу, яка пов'язує показник заломлення nж досліджуваної рідини з граничним кутом заломлення r'променя, що вийшов із призми 4:

Якщо на шляху променів, що вийшли із призми 4, поставити зорову трубу, то Нижня частинаїї поля зору буде освітлено, а верхня — темна. Кордон розділу світлого та темного полів утворено променями з граничним кутом заломлення r¢пр. Променів з кутом заломлення меншим, ніж r¢пр, у цій системі немає (рис.

Величина r¢пр, отже, і положення кордону світлотіні залежать тільки від показника заломлення nж досліджуваної рідини, так як nст і величини в даному приладі постійні.

Знаючи nст, a та r¢пр, можна за формулою (4.15) розрахувати nж. Насправді формула (4.15) використовується для градуювання шкали рефрактометра.

На шкалу 9 (див.

Рис. 4.11) зліва нанесено значення показника заломлення для lд = 5893 Å. Перед окуляром 10 - 11 є платівка 8 з міткою (--).

Переміщуючи окуляр разом з пластинкою 8 вздовж шкали, можна домогтися поєднання мітки з межею темного розділу і світлого полів зору.

Поділ проградуйованої шкали 9 збігається з міткою, дає значення показника заломлення nж досліджуваної рідини. Об'єктив 6 і окуляр 10 - 11 утворюють зорову трубу.

Поворотна призма 7 змінює хід променя, спрямовуючи його в окуляр.

Внаслідок дисперсії скла та досліджуваної рідини замість чіткої межі розділу темного та світлого полів при спостереженні у білому світлі виходить райдужна смужка. Для усунення цього ефекту служить компенсатор 5 дисперсії, встановлений перед об'єктивом зорової труби. Основна деталь компенсатора – призма, яка склеєна із трьох призм і може обертатися щодо осі зорової труби.

Заломлюючі кути призми та їх матеріал підібрані так, що жовте світло з довжиною хвилі lд =5893 проходить через них без заломлення. Якщо на шляху кольорових променів встановити компенсаторну призму так, щоб її дисперсія дорівнювала за величиною, але протилежна за знаком дисперсії вимірювальної призми і рідини, то сумарна дисперсія дорівнюватиме нулю. При цьому пучок світлових променів збереться у білий промінь, напрямок якого збігається з напрямком граничного жовтого променя.

Таким чином, при обертанні компенсаторної призми кольорове забарвлення квітотені усувається. Разом із призмою 5 обертається дисперсійний лімб 12 щодо нерухомого покажчика (див. рис. 4.10). Кут повороту Z лімба дозволяє судити про величину середньої дисперсії рідини, що досліджується.

Шкала лімба має бути проградуйована. Графік додається до встановлення.

Порядок виконання роботи

1. Підняти призму 3, на поверхню призми 4 помістити 2-3 краплі рідини, що досліджується, і опустити призму 3 (див. рис. 4.10).

3. Окулярним наведенням домогтися різкого зображення шкали та межі розділу полів зору.

4. Обертаючи рукоятку 12 компенсатора 5, знищити кольорове забарвлення межі розділу полів зору.

Переміщуючи окуляр вздовж шкали, поєднати мітку(--) з межею темного та світлого полів та записати значення показника рідини.

6. Дослідити запропонований набір рідин та оцінити похибку вимірювань.

7. Після кожного вимірювання протирати поверхню призм фільтрувальним папером, змоченим у дистильованій воді.

Контрольні питання

Варіант 1

Дайте визначення абсолютного та відносного показників заломлення середовища.

2. Намалюйте хід променів через межу поділу двох середовищ (n2> n1 і n2< n1).

3. Отримайте співвідношення, яке пов'язує показник заломлення n з товщиною d і товщини d¢ пластинки, що здається.

4. Завдання.Граничний кут повного внутрішнього відображення деякої речовини дорівнює 30°.

Знайти показник заломлення цієї речовини.

Відповідь: n =2.

Варіант 2

1. У чому явище повного внутрішнього відбиття?

2. Опишіть конструкцію та принцип дії рефрактометра РЛ-2.

3. Поясніть роль компенсатора у рефрактометрі.

4. Завдання. З центру круглого плоту на глибину 10 м опущено лампочку. Знайти мінімальний радіус плоту, при цьому жоден промінь від лампочки не повинен вийти на поверхню.

Відповідь: R = 11,3 м.

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ, або КОЕФІЦІЄНТ ПЕРЕЛОМЛЕННЯ, - Абстрактне число, що характеризує заломлюючу силу прозорого середовища. Показник заломлення позначається латинською літерою і визначається як відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення променя, що входить з порожнечі в дане прозоре середовище:

n = sin α/sin β = const або як відношення швидкості світла в порожнечі до швидкості світла в даному прозорому середовищі: n = c/νλ з порожнечі в дане прозоре середовище.

Показник заломлення вважається мірою оптичної густини середовища

Визначений таким чином показник заломлення називається абсолютним показником заломлення, на відміну відносного т.

е. показує, у скільки разів уповільнюється швидкість розповсюдження світла при переході його показника заломлення, який визначається ставленням синуса кута падіння до синуса кута заломлення при переході променя із середовища однієї густини в середовище іншої густини. Відносний показник заломлення дорівнює відношенню абсолютних показників заломлення: n = n2/n1, де n1 і n2 - абсолютні показники заломлення першого та другого середовища.

Абсолютний показник заломлення всіх тіл - твердих, рідких і газоподібних - більше одиниці і коливається від 1 до 2, перевищуючи значення 2 тільки в окремих випадках.

Показник заломлення залежить як від властивостей середовища, так і від довжини хвилі світла та збільшується із зменшенням довжини хвилі.

Тому до літери п приписують індекс, що вказує, якої довжини хвилі відноситься показник.

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ

Наприклад, для стеклаТФ-1 показник заломлення в червоній частині спектру становить nC=1,64210, а фіолетової nG' =1,67298.

Показники заломлення деяких прозорих тіл

Повітря - 1,000292

Вода - 1,334

Ефір - 1,358

Спирт етиловий - 1,363

Гліцерин - 1, 473

Органічне скло (плексиглас) - 1, 49

Бензол - 1,503

(Скло крон - 1,5163

Ялицевий (канадський), бальзам 1,54

Скло важкий крон - 1 , 61 26

Скло флінт - 1,6164

Сірковуглець - 1,629

Скло важкий флінт - 1 , 64 75

Монобромнафталін - 1,66

Скло найважчий флінт - 1,92

Алмаз - 2,42

Неоднаковість показника заломлення для різних ділянок спектра є причиною хроматизму, тобто.

розкладання білого світла, при проходженні його через деталі, що заломлюють, — лінзи, призми і т.д.

Лабораторна робота №41

Визначення показника заломлення рідин за допомогою рефрактометра

Мета роботи: визначення показника заломлення рідин методом повного внутрішнього відбиття за допомогою рефрактометра ІРФ-454Б; дослідження залежності показника заломлення розчину з його концентрації.

Опис установки

При заломленні немонохроматичного світла відбувається його розкладання на складові кольориу спектр.

Це зумовлено залежністю показника заломлення речовини від частоти (довжини хвилі) світла і називається дисперсією світла.

Прийнято характеризувати заломлюючу здатність середовища показником заломлення на довжині хвилі λ = 589,3 нм (середнє значення довжин хвиль двох близьких жовтих ліній у діапазоні парів натрію).

60. Які методи визначення концентрації речовин у розчині використовують в атомно-абсорбційному аналізі?

Цей показник заломлення позначається nD.

Мірою дисперсії служить середня дисперсія, яка визначається як різниця ( nF-nC), де nFпоказник заломлення речовини на довжині хвилі λ = 486,1 нм (блакитна лінія у спектрі водню), nC- Показник заломлення речовини на λ - 656,3 нм (червона лінія у спектрі водню).

Заломлення речовини характеризують величиною відносної дисперсії:
У довідниках зазвичай наводиться величина, обернена щодо дисперсії, т.е.

е.
де - Коефіцієнт дисперсії, або число Аббе.

Установка визначення показника заломлення рідин складається з рефрактометра ІРФ-454Бз межами виміру показника; заломлення nDу діапазоні від 1,2 до 1,7; досліджуваної рідини, серветки для протирання поверхонь призм.

Рефрактометр ІРФ-454Бє контрольно-вимірювальним приладом, призначеним для безпосереднього вимірювання показника заломлення рідин, а також визначення середньої дисперсії рідин в лабораторних умовах.

Принцип дії приладу ІРФ-454Бзаснований на явищі повного внутрішнього відбиття світла.

Принципова схема пристрою показана на рис. 1.

Досліджувана рідина міститься між двома гранями призми 1 і 2. Призма 2 з добре відполірованою гранню АВє вимірювальною, а призма 1 з матовою гранню А1 У1 - Освітлювальної. Промені від джерела світла падають на межу А1 З1 , заломлюються, падають на матову поверхню А1 У1 і розсіюються цією поверхнею.

Потім вони проходять шар досліджуваної рідини та потрапляють на поверхню АВпризми 2.

За законом заломлення
, де
і - Кути заломлення променів у рідині та призмі відповідно.

При збільшенні кута падіння
кут заломлення також збільшується і досягає максимального значення
, коли
, Т.

е. коли промінь у рідині ковзає по поверхні АВ. Отже,
. Таким чином, 2 промені, що виходять з призми, обмежені певним кутом
.

Промені, що йдуть з рідини в призму 2 під великими кутами зазнають повного внутрішнього відображення на межі розділу АВі не проходять через призму.

На аналізованому приладі досліджуються рідини, показник заломлення. яких менше показника заломлення призми 2, отже, промені всіх напрямів, що переломилися на межі рідини та скла, увійдуть до призму.

Очевидно, частина призми, що відповідає променям, що не пройшли, буде затемненою. У зорову трубу 4, розташовану на шляху променів, що виходять з призми, можна спостерігати поділ поля зору на світлу і темну частини.

Повертаючи систему призм 1-2, поєднують межу розділу світлого та темного поля з хрестом ниток окуляра зорової труби. Система призм 1-2 пов'язана зі шкалою, яка відградуйована значення показника заломлення.

Шкала розташована в нижній частині поля зору труби і при поєднанні розділу поля зору з хрестом ниток дає відповідне значення показника заломлення рідини .

Через дисперсію межа розділу поля зору у білому світлі буде пофарбована. Для усунення забарвленості, і навіть визначення середньої дисперсії досліджуваного речовини служить компенсатор 3, що з двох систем склеєних призм прямого зору (призм Амичи).

Призми можна обертати одночасно в різні боки за допомогою точного поворотного механічного пристрою, змінюючи тим самим власну дисперсію компенсатора і усуваючи забарвлення межі поля зору, що спостерігається через оптичну систему 4. З компенсатором зв'язаний барабан зі шкалою, за якою визначають параметр дисперсії, що дозволяє розрахувати середню дисперсіюречовини.

Порядок виконання роботи

Здійснити налаштування приладу так, щоб світло від джерела (лампи розжарювання) надходило в освітлювальну призму і висвітлювало рівномірно поле зору.

2. Відкрити вимірювальну призму.

Скляною паличкою нанести на її поверхню кілька крапель води та обережно закрити призму. Зазор між призмами має бути рівномірно заповнений тонким шаром води (звернути на це особливу увагу).

Користуючись гвинтом приладу зі шкалою, усунути забарвленість поля зору та отримати різку межу світла та тіні. Поєднати її, за допомогою іншого гвинта, з відліковим хрестом окуляра приладу. Визначити показник заломлення води за шкалою окуляра з точністю до тисячних часток.

Порівняти отримані результати із довідковими даними для води. Якщо відмінність виміряного від табличного показника заломлення вбирається у ± 0,001, то вимір виконано правильно.

Завдання 1

1. Приготувати розчин кухонної солі ( NaCl) з концентрацією, близькою до межі розчинності (наприклад, С = 200 г/літр).

Виміряти показник заломлення одержаного розчину.

3. Розбавляючи розчин у ціле число разів отримати залежність показника; заломлення від концентрації розчину та заповнити табл. 1.

Таблиця 1

Вправа.Як отримати тільки розведення концентрацію розчину, рівну 3/4 максимальної (початкової)?

Побудувати графік залежності n=n(C). Подальшу обробку експериментальних даних провести за вказівкою викладача.

Обробка експериментальних даних

а) Графічний метод

З графіка визначити кутовий коефіцієнт У, який за умов експерименту характеризуватиме розчинену речовину та розчинник.

2. Визначити за допомогою графіка концентрацію розчину NaCl, даного лаборантом.

б) Аналітичний метод

Методом найменших квадратівобчислити А, Уі SB.

За знайденими значеннями Аі Увизначити середнє значення
концентрації розчину NaCl, даного лаборантом

Контрольні питання

Дисперсія світла. Чим відрізняється нормальна дисперсіявід аномальної?

2. Що таке явище повного внутрішнього відбиття?

3. Чому на даній установці не можна виміряти показник заломлення рідини більший за показник заломлення призми?

4. Навіщо грань призми А1 У1 роблять матовою?

Деградації, Індекс

Психологічна енциклопедія

Спосіб оцінки ступеня деградації психічних! функцій, що вимірюються тестом Векслера-Белвью. Індекс ґрунтується на спостереженні того, що рівень розвитку деяких здібностей, що вимірюються тестом, з віком знижується, а інших – ні.

Індекс

Психологічна енциклопедія

- покажчик, реєстр імен, назв та ін. У психології - цифровий показник для кількісної оцінки, характеризування явищ.

Від чого залежить показник заломлення речовини?

Індекс

Психологічна енциклопедія

1. Найбільш загальне значення: будь-що, що використовується для того, щоб позначити, ідентифікувати або направити; індикації, написи, знаки або символи. 2. Формула або номер, які часто виражаються як коефіцієнт, що показує деяке відношення між значеннями або вимірюваннями або між...

Товариство, Індекс

Психологічна енциклопедія

Характеристика, що виражає товариськість людини. Соціограма, наприклад, дає, окрім інших вимірів, оцінку комунікабельності різних членів групи.

Відбору, Індекс

Психологічна енциклопедія

Формула з метою оцінки потужності певного тесту чи пункту тесту у розрізненні індивідів друг від друга.

Надійності, Індекс

Психологічна енциклопедія

Статистика, що забезпечує оцінку кореляції між актуальними значеннями, отриманими з тесту, та теоретично вірними значеннями.

Цей індекс дається як значення r, де r - коефіцієнт надійності, що обчислюється.

Прогнозування ефективності, індекс

Психологічна енциклопедія

Вимірювання ступеня, в якому можна використовувати знання про одну змінну для того, щоб робити передбачення щодо іншої змінної, за умови, що кореляція цих змінних відома. Зазвичай у символічній формі це виражається як Е, індекс представляється як 1-((…

Слова, Індекс

Психологічна енциклопедія

Загальний термін для позначення будь-якої систематичної частоти появи слів у письмовій та/або усній мові.

Часто такі індекси обмежені специфічними лінгвістичними областями, наприклад підручники для перших класів, батьківсько-дитячі взаємодії. Проте відомі оцінки.

Будинки Тіла, Індекс

Психологічна енциклопедія

Запропонований Айзенком вимір статури, заснований на відношенні зростання до кола грудей.

Ті, чиї показники були у «нормальному» діапазоні, називалися мезоморфами, в межах стандартного відхиленняабо вище середнього – лептоморфами та в межах стандартного відхилення або…

ДО ЛЕКЦІЇ №24

«ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИ АНАЛІЗУ»

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

Література:

1. В.Д. Пономарьов «Аналітична хімія» 1983 246-251

2. А.А. Іщенко «Аналітична хімія» 2004 стор 181-184

РЕФРАКТОМЕТРІЯ.

Рефрактометрія є одним із найпростіших фізичних методіваналізу з витратою мінімальної кількості аналізованої речовини та проводиться за дуже короткий час.

Рефрактометрія— метод, заснований на явище заломлення чи рефракції, тобто.

зміні напряму поширення світла при переході з одного середовища до іншого.

Заломлення, як і поглинання світла, є наслідком взаємодії його з середовищем.

Слово рефрактометрія означає вимір заломлення світла, яке оцінюється за величиною показника заломлення.

Розмір показника заломлення nзалежить

1) від складу речовин та систем,

2) від того, у якій концентрації і які молекули зустрічає світловий промінь своєму шляху, т.к.

під впливом світла молекули різних речовин поляризуються по-різному. Саме на цій залежності й ґрунтується рефрактометричний метод.

Метод цей має цілу низку переваг, у результаті він знайшов широке застосування як і хімічних дослідженнях, і при контролі технологічних процесів.

1) Вимірювання показники заломлення є дуже простим процесом, який здійснюється точно і за мінімальних витрат часу і кількості речовини.

2) Зазвичай рефрактометри забезпечують точність до 10% при визначенні показника заломлення світла та вмісту речовини, що аналізується.

Метод рефрактометрії застосовують контролю автентичності і чистоти, ідентифікації індивідуальних речовин, визначення будови органічних і неорганічних сполук щодо розчинів.

Рефрактометрія знаходить застосування визначення складу двокомпонентних розчинів і потрійних систем.

Фізичні основи методу

ПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ.

Відхилення світлового променя від початкового напряму при переході його з одного середовища до іншого тим більше, ніж більше різницяу швидкостях поширення світла у двох

даних середовищах.

Розглянемо заломлення світлового променя на межі будь-яких двох прозорих середовищ I та II(див.

Рис.). Умовимося, що середовище II має більшу заломлюючу здатність і, отже, n1і n2показує заломлення відповідних середовищ. Якщо середовище I - це вакуум і повітря, то відношення sin кута падіння світлового променя до sin кута заломлення дасть величину відносного показника заломлення n отн. Розмір n отн.

Що таке показник заломлення скла? І коли його потрібно знати?

може бути так само визначено як відношення показників заломлення середовищ, що розглядаються.

нотн. = - - = -

Розмір показника заломлення залежить від

1) природи речовин

Природу речовини у разі визначає ступінь деформируемости його молекул під впливом світла — ступінь поляризуемости.

Чим інтенсивніша поляризуемість, тим сильніше заломлення світла.

2)довжини хвилі падаючого світла

Вимірювання показника заломлення проводиться за довжини хвилі світла 589,3 нм (лінія D спектру натрію).

Залежність показника заломлення від довжини світлової хвилі називається дисперсією.

Чим менше довжинахвилі, тим значніше заломлення. Тому промені різних довжин хвиль переломлюються по-різному.

3)температури , При якій проводиться вимір. Обов'язковою умовоюВизначення показника заломлення є дотримання температурного режиму. Зазвичай визначення виконується за 20±0,30С.

У разі підвищення температури величина показника заломлення зменшується, при зниженні — збільшується.

Поправку на вплив температури розраховують за такою формулою:

nt=n20+ (20-t) ·0,0002, де

nt –Бувай задавачем заломлення при даній температурі,

n20-показник заломлення при 200С

Вплив температури на значення показників заломлення газів та рідких тіл пов'язаний із величинами їх коефіцієнтів об'ємного розширення.

Об'єм всіх газів і рідких тіл при нагріванні збільшується, щільність зменшується і, отже, зменшується показник

Показник заломлення, виміряний при 200С та довжині хвилі світла 589,3 нм, позначається індексом nD20

Залежність показника заломлення гомогенної двокомпонентної системи від її стану встановлюється експериментально шляхом визначення показника заломлення для низки стандартних систем (наприклад, розчинів), вміст компонентів у яких відомий.

4) концентрації речовини у розчині.

Для багатьох водних розчинів речовин показники заломлення при різних концентраціях та температурах надійно виміряні, і в цих випадках можна користуватися довідковими рефрактометричними таблицями.

Практика показує, що при вмісті розчиненої речовини, що не перевищує 10-20%, поряд з графічним методому багатьох випадках можна користуватися лінійним рівняннямтипу:

n=nо+FC,

n-показник заломлення розчину,

nо- Показник заломлення чистого розчинника,

C- Концентрація розчиненої речовини, %

F-емпіричний коефіцієнт, величина якого знайдена

шляхом визначення коефіцієнтів заломлення розчинів відомої концентрації.

РЕФРАКТОМЕТРИ.

Рефрактометрами називають прилади, що служать вимірювання величини показника заломлення.

Існує 2 види цих приладів: рефрактометр типу Аббе та типу Пульфріха. І в тих і в ін. Виміри засновані на визначенні величини граничного кута заломлення. На практиці застосовуються рефрактометри різних систем: лабораторний-РЛ, універсальний РЛУ та ін.

Показник заломлення дистильованої води n0=1,33299, практично цей показник приймає як отсчетного як n0 =1,333.

Принцип роботи на рефрактометрах ґрунтується на визначенні показника заломлення методом граничного кута (кут повного відображеннясвітла).

Ручний рефрактометр

Рефрактометр Аббе

Області застосування рефрактометрії.

Пристрій та принцип дії рефрактометра ІРФ-22.

Поняття показника заломлення.

План

Рефрактометрія. Характеристика та сутність методу.

Для ідентифікації речовин і перевірки їх чистоти використовують поки-

залом заломлення.

Показник заломлення речовини- величина, що дорівнює відношенню фазових швидкостей світла (електромагнітних хвиль) у вакуумі та видному середовищі.

Показник заломлення залежить від властивостей речовини та довжини хвилі

електромагнітного випромінювання Відношення синуса кута падіння щодо

нормалі, проведеної до площини заломлення (α) променя до синуса кута пре-

ломлення (β) при переході променя з середовища A в середовище B називається відносним показником заломлення для цієї пари середовищ.

Величина n є відносний показник заломлення середовища

по відношенню до середовища А, а

Відносний показник заломлення середовища А стосовно

Показник заломлення променя, що падає на середу з безповітряно-

го простору, називається його абсолютним показником заломлення або

просто показником заломлення цього середовища (таблиця 1).

Таблиця 1 - Показники заломлення різних середовищ

Рідина має показник заломлення в інтервалі 1.2-1,9. Тверді

речовини 13-40. Деякі мінерали не мають точного значенняпоказа-

ля заломлення. Його величина знаходиться в деякій "вилці" і визначає-

ся присутністю домішок у кристалічній структурі, що визначає колір

кристала.

Ідентифікація мінералу за кольором скрутна. Так, мінерал корунд існує у вигляді рубіну, сапфіру, лейкосапфіру, відрізняючись по

показнику заломлення та кольору. Червоні корунди називаються рубінами

(Домішка хрому), сині безбарвні, блакитні, рожеві, жовті, зелені,

фіолетові - сапфірами (домішки кобальту, титану та ін). Світлозабарвлений-

ні сапфіри або безбарвний корунд носить назву лейкосапфір (широко

застосовується в оптиці як світлофільтр). Показник заломлення цих кри-

сталлів лежить в діапазоні 1,757-1,778 і є підставою для ідентифікації.

Малюнок 3.1 – Рубін Малюнок 3.2 – Сапфір синій

Органічні та неорганічні рідини також мають характерні значення показників заломлення, які характеризують їх як хімічні властивості.

ські сполуки та якість їх синтезу (таблиця 2):

Таблиця 2 – Показники заломлення деяких рідин при 20 °C

4.2. Рефрактометрія: поняття, принцип.

Метод дослідження речовин, заснований на визначенні показника

(коефіцієнта) заломлення (рефракції) називається рефрактометрією (від

лат. refractus - заломлений і грецьк. metreo – вимірюю). Рефрактометрія

(Рефрактометричний метод) застосовується для ідентифікації хімічних

сполук, кількісного та структурного аналізу, визначення фізико-

хімічних властивостей речовин. Принцип рефрактометрії, реалізований

у рефрактометрах Аббе, пояснюється малюнком 1.

Рисунок 1 - Принцип рефрактометрії

Призменный блок Аббе і двох прямокутних призм: висвітли-

ної та вимірювальної, складених гіпотенузними гранями. Освітлювач-

ная призма має шорстку (матову) гіпотенузну грань і призна-

чена для освітлення зразка рідини, що міститься між призмами.

Розсіяне світло проходить плоскопаралельний шар досліджуваної рідини і, переломлюючись у рідині, падає на вимірювальну призму. Вимірювальна призма виконана з оптично щільного скла (важкий флінт) та має показник заломлення більше 1,7. Тому рефрактометр Аббе вимірює величини n менші, ніж 1,7. Збільшення діапазону вимірювання показника заломлення може бути досягнуто шляхом заміни вимірювальної призми.

Досліджуваний зразок наливають на гіпотенузну грань вимірювальної призми і притискають освітлювальною призмою. При цьому між призмами залишається зазор 0,1-0,2 мм, в якому знаходиться зразок, і через

який проходить заломлюючись світло. Для вимірювання показника заломлення

використовують явище повного внутрішнього відбиття. Воно полягає в

наступному.

Якщо на межу розділу двох середовищ падають промені 1, 2, 3, то залежно-

сти від кута падіння при спостереженні за ними в середовищі заломлення буде на-

дотримуватися наявність переходу областей різного освітлення. Воно пов'язане

з падінням деякої частини світла на межу заломлення під кутом близько-

ким до 90° по відношенню до нормалі (промінь 3). (Малюнок 2).

Рисунок 2 – Зображення заломлюваних променів

Ця частина променів не відбивається і тому утворює світлішу об-

ласть при заломленні. Промені з меншими кутами відчувають і відображення

та заломлення. Тому утворюється область меншої освітленості. В об'єм-

ективі видно граничну лінію повного внутрішнього відображення, положення

якої залежить від заломлюючих властивостей зразка.

Усунення явища дисперсії (фарбування межі розділу двох областей освітленості в кольори веселки через використання в рефрактометрах Аббе складного білого світла) досягається використанням двох призм Амічі в компенсаторі, які вмонтовані у зорову трубу. Одночасно в об'єктив проектується шкала (Малюнок 3). Для аналізу достатньо 0,05мл рідини.

Малюнок 3 - Вид на окуляр рефрактометра. (Права шкала відображає

концентрацію вимірюваного компонента в промілі)

Крім аналізу однокомпонентних зразків, широко аналізуються.

двокомпонентні системи (водні розчини, розчини речовин у якому

або розчиннику). В ідеальних двокомпонентних системах (утворювальних-

ся без зміни обсягу і поляризуемості компонентів) залежність поки-

зателя заломлення від складу близька до лінійної, якщо склад виражений у

об'ємних частках (відсотках)

де: n, n1 ,n2 - показники заломлення суміші та компонентів,

V1 та V2 – об'ємні частки компонентів (V1 + V2 = 1).

Вплив температури на показник заломлення визначається двома

факторами: зміною кількості частинок рідини в одиниці об'єму та за-

висимістю поляризуемості молекул від температури. Другий фактор стано-

виться суттєвим лише за дуже велику зміну температури.

Температурний коефіцієнт показника заломлення пропорційний температурному коефіцієнту густини. Оскільки всі рідини при нагріванні розширюються, їх показники заломлення зменшуються при підвищенні температури. Температурний коефіцієнт залежить від величини температури рідини, але у невеликих температурних інтервалах може вважатися незмінним. З цієї причини більша частина рефрактометрів не має термостатування, проте в деяких конструкціях передбачено

водяне термостатування.

Лінійна екстраполяція показника заломлення за зміни температури допустима на невеликі різниці температур (10 – 20°С).

Точне визначення показника заломлення в широких температурних інтервалах здійснюється за емпіричними формулами:

nt=n0+at+bt2+…

Для рефрактометрії розчинів у широких діапазонах концентрацій

користуються таблицями чи емпіричними формулами. Залежність показу-

теля заломлення водних розчинів деяких речовин від концентрації

близька до лінійної і дозволяє визначати концентрації даних речовин у

воді в широких діапазонах концентрацій (рисунок 4) за допомогою рефракції

метрів.

Рисунок 4 - Показник заломлення деяких водних розчинів

Зазвичай n рідких і твердих тіл рефрактометрами визначають з точ-

ністю до 0,0001. Найбільш поширені рефрактометри Аббе (рисунок 5) із призмінними блоками та компенсаторами дисперсії, що дозволяють визначати nD у "білому" світлі за шкалою або цифровим індикатором.

Малюнок 5 - Рефрактометр Аббе (ІРФ-454; ІРФ-22)

Урок 25/III-1 Поширення світла у різних середовищах. Заломлення світла межі розділу двох середовищ.

Вивчення нового матеріалу.

Досі ми розглядали поширення світла в одному середовищі, як завжди – у повітрі. Світло може поширюватися в різних середовищах: переходити з одного середовища до іншого; у точках падіння промені не лише відбиваються від поверхні, а й частково проходять через неї. Такі переходи викликають чимало гарних та цікавих явищ.

Зміна напряму поширення світла, що проходить через кордон двох середовищ, називають заломленням світла.

Частина світлового променя, що падає на межу розділу двох прозорих середовищ, відбивається, а частина переходить в інше середовище. При цьому напрям світлового променя, який перейшов в інше середовище, змінюється. Тому явище називається заломленням, а промінь – заломленим.

1 - падаючий промінь

2 - відбитий промінь

3 – заломлений промінь α β

ГО 1 – межа поділу двох середовищ

MN - перпендикуляр ПРО 1

Кут, утворений променем та перпендикуляром до межі розділу двох середовищ, опущеним у точку падіння променя, називається кутом заломлення γ (гама).

Світло у вакуумі поширюється зі швидкістю 300 000 км/с. У будь-якому середовищі швидкість світла завжди менша, ніж у вакуумі. Тому при переході світла з одного середовища до іншого, його швидкість зменшується і це є причиною заломлення світла. Чим менше швидкість поширення світла в даному середовищі, тим більшою оптичною щільністю має це середовище. Так, наприклад, повітря має більшу оптичну щільність, ніж вакуум, тому що в повітрі швидкість світла дещо менша, ніж у вакуумі. Оптична щільність води більша, ніж оптична щільність повітря, оскільки швидкість світла у повітрі більша, ніж у воді.

Чим більше відрізняються оптичні щільності двох середовищ, тим більше світло переломлюється на межі їх розділу. Чим більше змінюється швидкість світла межі розділу двох середовищ, тим більше воно заломлюється.

Для кожної прозорої речовини існує така важлива фізична характеристикаяк показник заломлення світла n.Він показує, у скільки разів швидкість світла в даній речовині менша, ніж у вакуумі.

Показник заломлення світла

Речовина		Речовина		Речовина
		Кам'яна сіль		Скіпідар
		Кедрова олія		Спирт етиловий
Гліцерин		Плексиглас		Скло (легке)
		Сірковуглець

Співвідношення значень кута падіння та кута заломлення залежить від оптичної щільності кожної із середовища. Якщо промінь світла переходить із середовища з меншою оптичною щільністю в середовище з більшою оптичною щільністю, то кут заломлення буде меншим, ніж кут падіння. Якщо промінь світла переходить із середовища з більшою оптичною щільністю, то кут заломлення буде меншим, ніж кут падіння. Якщо промінь світла переходить із середовища з більшою оптичною щільністю в середовище з меншою оптичною щільністю, то кут заломлення більше, ніж кут падіння.

Тобто якщо n 1 γ; якщо n 1 >n 2 то α<γ.

Закон заломлення світла :

Промінь, що падає, промінь заломлений і перпендикуляр до межі розділу двох середовищ у точці падіння променя, лежать в одній площині.

Співвідношення кута падіння та кута заломлення визначаються формулою.

де - синус кута падіння, - синус кута заломлення.

Значення синусів та тангенсів для кутів 0 – 900

Градуси			Градуси			Градуси

Закон заломлення світла вперше сформулював голландський астроном і математик В. Снеліус близько 1626, професор Лейденського університету (1613).

Для XVI століття оптика була ультрасучасною наукою. Зі скляної кулі, наповненої водою, якою користувалися як лінзою, виникло збільшувальне скло. А з нього винайшли підзорну трубу та мікроскоп. На той час Нідерландам були потрібні підзорні труби для розгляду берега і своєчасно втекти від ворогів. Саме оптика забезпечила успіх та надійність навігації. Тому в Нідерландах дуже багато вчених цікавилося саме оптикою. Голландець Скель Ван Ройєн (Снеліус) спостерігав, як тонкий промінь світла відбивався в дзеркалі. Він вимірював кут падіння та кут відображення і встановив: кут відображення дорівнює куту падіння. Йому належать закони відображення світла. Він вивів закон заломлення світла.

Розглянемо закон заломлення світла.

У ній - відносний показник заломлення другої середовища щодо першої, у разі, коли другий має велику оптичну густину. Якщо світло переломлюється та проходить із середовище з меншою оптичною щільністю, тоді α< γ, тогда

Якщо першим середовищем є вакуум, то n 1 =1 .

Цей показник називають абсолютним показником заломлення другого середовища:

де - швидкість світла у вакуумі, швидкість світла у цьому середовищі.

Наслідком заломлення світла в атмосфері Землі є той факт, що ми бачимо Сонце і зірки трохи вищі за їх реальне становище. Заломленням світла можна пояснити виникнення міражів, веселки… Явище заломлення світла є основою принципу чисельних оптичних пристроїв: мікроскопа, телескопа, фотоапарата.