Index lomu látky. Pojem index lomu

Index lomu prostředí vůči vakuu, tj. pro případ přechodu světelných paprsků z vakua do prostředí, se nazývá absolutní a je určen vzorcem (27.10): n=c/v.

Při výpočtech se absolutní indexy lomu přebírají z tabulek, protože jejich hodnota je poměrně přesně určena pomocí experimentů. Protože c je větší než v, pak absolutní index lomu je vždy větší než jedna.

Pokud světelné záření přechází z vakua do média, pak vzorec pro druhý zákon lomu je napsán takto:

sin i/sin β = n. (29.6)

Vzorec (29.6) se v praxi také často používá, když paprsky přecházejí ze vzduchu do prostředí, protože rychlost šíření světla ve vzduchu se od c. liší jen velmi málo. To je patrné ze skutečnosti, že absolutní index lomu vzduchu je 1,0029.

Když paprsek přejde z média do vakua (do vzduchu), pak vzorec pro druhý zákon lomu nabývá tvaru:

sin i/sin β = 1/n. (29.7)

V tomto případě se paprsky při výstupu z prostředí nutně vzdalují od kolmice k rozhraní mezi prostředím a vakuem.

Zjistěte, jak najít relativní ukazatel index lomu n21 absolutními indexy lomu. Nechte světlo procházet z prostředí s absolutním indexem n1 do prostředí s absolutním indexem n2. Potom n1 = c/V1 an2 = s/v2, odkud:

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

Vzorec pro druhý zákon lomu pro takový případ je často psán takto:

sini/sinβ = n2/n1. (29.9)

Připomeňme si to Absolutní exponent Maxwellovy teorie lom lze zjistit ze vztahu: n = √(με). Protože pro látky propustné pro světelné záření je μ prakticky rovno jednotě, můžeme předpokládat, že:

n = √ε. (29.10)

Vzhledem k tomu, že frekvence oscilací v světelné záření má řádově 10 14 Hz, dipóly ani ionty v dielektriku, které mají relativně velkou hmotnost, nestihnou s takovou frekvencí změnit svou polohu a dielektrické vlastnosti látky za těchto podmínek určuje pouze elektron. polarizace jejích atomů. To vysvětluje rozdíl mezi hodnotou ε=n 2 z (29.10) a ε st v elektrostatice. Takže pro vodu ε \u003d n 2 \u003d 1,77 a ε st \u003d 81; iontové pevné dielektrikum NaCl e=2,25 a est=5,6. Když se látka skládá z homogenních atomů nebo nepolárních molekul, to znamená, že nemá ani ionty, ani přirozené dipóly, pak její polarizace může být pouze elektronická. Pro podobné látky se ε z (29.10) a ε st shodují. Příkladem takové látky je diamant, který se skládá pouze z atomů uhlíku.

Všimněte si, že hodnota absolutního indexu lomu závisí kromě typu látky také na frekvenci kmitání, případně na vlnové délce záření . S klesající vlnovou délkou se zpravidla zvyšuje index lomu.

NA PŘEDNÁŠKU №24

"INSTRUMENTÁLNÍ METODY ANALÝZY"

REFRAKTOMETRIE.

Literatura:

1. V.D. Ponomarev" Analytická chemie» 1983 246-251

2. A.A. Ishchenko "Analytická chemie" 2004, str. 181-184

REFRAKTOMETRIE.

Refraktometrie je jedna z nejjednodušších fyzikální metody analýza s minimálním množstvím analytu a je provedena ve velmi krátkém čase.

Refraktometrie- metoda založená na jevu lomu nebo lomu tzn. změna směru šíření světla při přechodu z jednoho prostředí do druhého.

Lom, stejně jako absorpce světla, je důsledkem jeho interakce s prostředím. Slovo refraktometrie znamená dimenze lom světla, který se odhaduje hodnotou indexu lomu.

Hodnota indexu lomu n závisí

1) o složení látek a systémů,

2) od v jaké koncentraci a jaké molekuly světelný paprsek na své cestě potká, protože Působením světla se molekuly různých látek polarizují různým způsobem. Právě na této závislosti je založena refraktometrická metoda.

Tato metoda má řadu výhod, v důsledku čehož našla široké uplatnění jak v chemickém výzkumu, tak při řízení technologických procesů.

1) Měření indexů lomu je vysoké jednoduchý proces, která se provádí přesně a s minimálním časem a množstvím látky.

2) Refraktometry obvykle poskytují až 10% přesnost při stanovení indexu lomu světla a obsahu analytu

Metoda refraktometrie se používá ke kontrole pravosti a čistoty, k identifikaci jednotlivé látky, určit strukturu organických a anorganických sloučenin při studiu roztoků. Refraktometrie se používá pro stanovení složení dvousložkových roztoků a pro ternární soustavy.

Fyzické základy metoda

REFRAKČNÍ INDIKÁTOR.

Odchylka světelného paprsku od jeho původního směru při jeho přechodu z jednoho prostředí do druhého je tím větší, čím větší je rozdíl v rychlostech šíření světla ve dvou



tato prostředí.

Uvažujme lom světelného paprsku na rozhraní libovolných dvou průhledných médií I a II (viz obr.). Shodněme se, že médium II má větší lomivost, a proto n 1 A n 2- ukazuje lom odpovídajícího média. Není-li prostředím I vakuum nebo vzduch, pak poměr sin úhlu dopadu světelného paprsku k sin úhlu lomu dá hodnotu relativního indexu lomu n rel. Hodnota n rel. lze také definovat jako poměr indexů lomu uvažovaného média.

n rel. = ----- = ---

Hodnota indexu lomu závisí na

1) povaha látek

Povaha látky je v tomto případě dána mírou deformovatelnosti jejích molekul působením světla – mírou polarizovatelnosti. Čím intenzivnější je polarizovatelnost, tím silnější je lom světla.

2)vlnová délka dopadajícího světla

Měření indexu lomu se provádí při vlnové délce světla 589,3 nm (čára D sodíkového spektra).

Závislost indexu lomu na vlnové délce světla se nazývá disperze. Čím kratší je vlnová délka, tím větší je lom. Proto se paprsky různých vlnových délek různě lámou.

3)teplota při kterém se měření provádí. Předpokladem pro stanovení indexu lomu je dodržení teplotního režimu. Obvykle se stanovení provádí při 20±0,3 0 С.

Se stoupající teplotou index lomu klesá a se snižováním teploty se zvyšuje..

Korekce teploty se vypočítá podle následujícího vzorce:

n t \u003d n 20 + (20-t) 0,0002, kde

n t - sbohem index lomu při dané teplotě,

n 20 - index lomu při 20 0 С

Vliv teploty na hodnoty indexů lomu plynů a kapalin souvisí s hodnotami jejich koeficientů objemové roztažnosti. Objem všech plynů a kapalin se při zahřívání zvyšuje, hustota klesá a v důsledku toho se indikátor snižuje

Index lomu, měřený při 20 0 C a vlnové délce světla 589,3 nm, je indikován indexem n D 20

Závislost indexu lomu homogenního dvousložkového systému na jeho stavu se stanoví experimentálně stanovením indexu lomu pro řadu standardních systémů (například roztoků), jejichž obsah složek je znám.

4) koncentrace látky v roztoku.

Pro mnoho vodní roztoky látek, indexy lomu při různých koncentracích a teplotách jsou spolehlivě měřeny a v těchto případech můžete použít referenční refraktometrické tabulky. Praxe ukazuje, že když obsah rozpuštěné látky nepřesahuje 10-20%, lze spolu s grafickou metodou v mnoha případech použít lineární rovnice typ:

n=n o +FC,

n- index lomu roztoku,

Ne je index lomu čistého rozpouštědla,

C- koncentrace rozpuštěné látky,%

F-empirický koeficient, jehož hodnota se zjistí

stanovením indexů lomu roztoků o známé koncentraci.

REFRAKTOMETRY.

Refraktometry jsou přístroje používané k měření indexu lomu. Existují 2 typy těchto přístrojů: refraktometr typu Abbe a typ Pulfrich. Jak v těch, tak i v jiných jsou měření založena na stanovení velikosti mezního úhlu lomu. V praxi se používají refraktometry různých systémů: laboratorní-RL, univerzální RLU atd.

Index lomu destilované vody n 0 \u003d 1,33299, v praxi je tento indikátor považován za referenční jako n 0 =1,333.

Princip činnosti na refraktometrech je založen na stanovení indexu lomu metodou mezního úhlu (úhl. totální odraz Světa).

Ruční refraktometr

Refraktometr Abbe

Lom nebo lom je jev, při kterém dochází ke změně směru paprsku světla nebo jiných vln, když překročí hranici oddělující dvě média, obě transparentní (propouštějící tyto vlny) a uvnitř prostředí, ve kterém se vlastnosti neustále mění. .

S fenoménem lomu se setkáváme poměrně často a vnímáme jej jako běžný jev: vidíme, že tyčinka umístěná v průhledné sklenici s barevnou kapalinou je „rozbitá“ v místě oddělení vzduchu a vody (obr. 1). Když se světlo při dešti láme a odráží, radujeme se, když vidíme duhu (obr. 2).

Index lomu je důležitou charakteristikou látky související s jeho fyzikální a chemické vlastnosti. Závisí na hodnotách teploty a také na vlnové délce světelných vln, při kterých se stanovení provádí. Podle údajů kontroly kvality v roztoku je index lomu ovlivněn koncentrací látky v něm rozpuštěné a také povahou rozpouštědla. Zejména index lomu krevního séra je ovlivněn množstvím bílkovin v něm obsažených, je to způsobeno tím, že při různé rychlosti šíření světelných paprsků v médiích s různou hustotou se mění jejich směr na rozhraní mezi dvěma médii. . Vydělíme-li rychlost světla ve vakuu rychlostí světla ve zkoumané látce, dostaneme absolutní index lomu (index lomu). V praxi se stanovuje relativní index lomu (n), což je poměr rychlosti světla ve vzduchu k rychlosti světla ve zkoumané látce.

Index lomu se kvantifikuje pomocí speciálního přístroje – refraktometru.

Refraktometrie je jednou z nejjednodušších metod fyzikální analýza a lze jej použít v laboratořích kontroly kvality při výrobě chemických, potravinářských, biologicky aktivních doplňků stravy, kosmetiky a dalších typů produktů s minimálním časem a počtem vzorků.

Konstrukce refraktometru vychází ze skutečnosti, že světelné paprsky se při průchodu rozhraním dvou prostředí (jedno z nich je skleněný hranol, druhé zkušební roztok) zcela odrazí (obr. 3).

Rýže. 3. Schéma refraktometru

Ze zdroje (1) dopadá světelný paprsek na zrcadlovou plochu (2), poté při odrazu přechází do horního osvětlovacího hranolu (3), poté do spodního měřícího hranolu (4), který je vyroben ze skla. s vysokým indexem lomu. Mezi hranoly (3) a (4) se pomocí kapiláry nanesou 1–2 kapky vzorku. Aby nedošlo k mechanickému poškození hranolu, je nutné nedotýkat se jeho povrchu kapilárou.

Okulár (9) vidí pole s překříženými čarami pro nastavení rozhraní. Pohybem okuláru musí být průsečík polí zarovnán s rozhraním (obr. 4.) Rovinu hranolu (4) hraje roli rozhraní, na jehož povrchu se láme světelný paprsek. Vzhledem k tomu, že paprsky jsou rozptýleny, hranice světla a stínu se ukáže být rozmazaná, duhová. Tento jev je eliminován disperzním kompenzátorem (5). Poté paprsek prochází čočkou (6) a hranolem (7). Na destičce (8) jsou zaměřovací tahy (dvě přímky zkřížené křížem) a také stupnice s indexy lomu, která je pozorována v okuláru (9). Používá se k výpočtu indexu lomu.

Dělící čára hranic pole bude odpovídat úhlu vnitřního totálního odrazu, který závisí na indexu lomu vzorku.

Refraktometrie se používá ke stanovení čistoty a pravosti látky. Tato metoda se používá i pro stanovení koncentrace látek v roztocích při kontrole kvality, která se vypočítává z kalibračního grafu (graf zobrazující závislost indexu lomu vzorku na jeho koncentraci).

V KorolevPharm je index lomu stanoven podle schváleného normativní dokumentace při vstupní kontrole surovin, u extraktů vlastní výroby i při výdeji hotových výrobků. Stanovení provádějí kvalifikovaní pracovníci akreditované fyzikálně chemické laboratoře pomocí refraktometru IRF-454 B2M.

Pokud na základě výsledků vstupní kontroly surovin index lomu nesplňuje potřebné požadavky, vypracuje oddělení kontroly kvality Zákon o neshodě, na základě kterého je tato šarže surovin vrácena zpět do dodavatel.

Způsob stanovení

1. Před zahájením měření se zkontroluje čistota povrchů hranolů, které se vzájemně dotýkají.

2. Kontrola nulového bodu. Na povrch měřícího hranolu naneseme 2÷3 kapky destilované vody, opatrně uzavřeme osvětlovacím hranolem. Otevřete osvětlovací okénko a pomocí zrcátka nastavte zdroj světla nejintenzivnějším směrem. Otáčením šroubů okuláru získáme jasné, ostré rozlišení mezi tmavými a světlými poli v jeho zorném poli. Otáčíme šroubem a směrujeme čáru stínu a světla tak, aby se shodovala s bodem, ve kterém se čáry protínají v horním okénku okuláru. Na svislé čáře ve spodním okénku okuláru vidíme požadovaný výsledek - index lomu vody destilované při 20 °C (1,333). Pokud se hodnoty liší, nastavíme šroub na index lomu 1,333 a pomocí klíče (vyjmeme seřizovací šroub) přivedeme hranici stínu a světla do průsečíku čar.

3. Určete index lomu. Zvedněte komoru osvětlení hranolu a odstraňte vodu filtračním papírem nebo gázovým ubrouskem. Dále naneste 1-2 kapky zkušebního roztoku na povrch měřícího hranolu a komoru uzavřete. Otáčíme šrouby, dokud se hranice stínu a světla neshodují s průsečíkem čar. Na svislé čáře ve spodním okénku okuláru vidíme požadovaný výsledek – index lomu zkušebního vzorku. Index lomu vypočítáme na stupnici ve spodním okénku okuláru.

4. Pomocí kalibračního grafu stanovíme vztah mezi koncentrací roztoku a indexem lomu. Pro sestavení grafu je nutné připravit standardní roztoky o několika koncentracích pomocí přípravků chemicky čistých látek, změřit jejich indexy lomu a získané hodnoty vynést na osu pořadnic a odpovídající koncentrace roztoků vynést na osu x. Je nutné zvolit koncentrační intervaly, ve kterých je pozorován lineární vztah mezi koncentrací a indexem lomu. Změříme index lomu testovaného vzorku a pomocí grafu určíme jeho koncentraci.

V kurzu fyziky v 8. ročníku jste se seznámili s fenoménem lomu světla. Nyní víte, že světlo jsou elektromagnetické vlny určitého frekvenčního rozsahu. Na základě znalostí o podstatě světla budete schopni pochopit fyzikální příčinu lomu a vysvětlit mnoho dalších světelných jevů s tím spojených.

Rýže. 141. Při přechodu z jednoho prostředí do druhého se paprsek láme, tj. mění směr šíření

Podle zákona lomu světla (obr. 141):

  • paprsky dopadající, lomené a kolmé na rozhraní mezi dvěma prostředími v místě dopadu paprsku leží ve stejné rovině; poměr sinu úhlu dopadu k sinu úhlu lomu je pro tato dvě prostředí konstantní hodnotou

kde n21 je relativní index lomu druhého prostředí vzhledem k prvnímu.

Pokud paprsek projde do jakéhokoli média z vakua, pak

kde n je absolutní index lomu (nebo jednoduše index lomu) druhého prostředí. V tomto případě je prvním „prostředím“ vakuum, jehož absolutní index se bere jako jedna.

Zákon lomu světla objevil empiricky nizozemský vědec Willebord Snellius v roce 1621. Zákon byl formulován v pojednání o optice, které bylo nalezeno ve vědcových dokumentech po jeho smrti.

Po objevu Snella předložilo několik vědců hypotézu, že lom světla je způsoben změnou jeho rychlosti, když prochází hranicí dvou prostředí. Platnost této hypotézy potvrdily teoretické důkazy, které nezávisle na sobě provedli francouzský matematik Pierre Fermat (v roce 1662) a nizozemský fyzik Christian Huygens (v roce 1690). Různými cestami dospěli ke stejnému výsledku, což dokazují

  • poměr sinu úhlu dopadu k sinu úhlu lomu je pro tato dvě prostředí konstantní hodnotou, rovný poměru rychlosti světla v těchto médiích:

Z rovnice (3) vyplývá, že pokud je úhel lomu β menší než úhel dopadu a, pak se světlo dané frekvence v druhém prostředí šíří pomaleji než v prvním, tedy V 2

Vztah veličin obsažených v rovnici (3) posloužil jako dobrý důvod pro vznik další formulace definice relativního indexu lomu:

  • relativní index lomu druhého prostředí vzhledem k prvnímu je fyzikální veličina rovna poměru rychlostí světla v těchto prostředích:

n 21 \u003d v 1 / v 2 (4)

Nechte paprsek světla projít z vakua do nějakého média. Nahrazením v1 v rovnici (4) rychlostí světla ve vakuu c a v 2 rychlostí světla v prostředí v získáme rovnici (5), která je definicí absolutního indexu lomu:

  • absolutní index lomu prostředí je fyzikální veličina rovna poměru rychlosti světla ve vakuu k rychlosti světla v daném prostředí:

Podle rovnic (4) a (5) n 21 ukazuje, kolikrát se změní rychlost světla při přechodu z jednoho prostředí do druhého a n - při přechodu z vakua do prostředí. To je fyzikální význam indexů lomu.

Hodnota absolutního indexu lomu n jakékoli látky je větší než jedna (to potvrzují údaje obsažené v tabulkách fyzických referenčních knih). Pak podle rovnice (5) c/v > 1 a c > v, tj. rychlost světla v jakékoli látce je menší než rychlost světla ve vakuu.

Aniž bychom dávali rigorózní zdůvodnění (jsou složité a těžkopádné), poznamenáváme, že důvodem poklesu rychlosti světla při jeho přechodu z vakua do hmoty je interakce světelné vlny s atomy a molekulami hmoty. Čím větší je optická hustota látky, tím silnější je tato interakce, tím nižší je rychlost světla a tím větší je index lomu. Rychlost světla v prostředí a absolutní index lomu jsou tedy určeny vlastnostmi tohoto prostředí.

Podle číselných hodnot indexů lomu látek lze porovnávat jejich optické hustoty. Například indexy lomu různých typů skla se pohybují od 1,470 do 2,040, zatímco index lomu vody je 1,333. To znamená, že sklo je opticky hustší médium než voda.

Vraťme se k obrázku 142, s jehož pomocí můžeme vysvětlit, proč se na rozhraní dvou prostředí se změnou rychlosti mění i směr šíření světelné vlny.

Rýže. 142. Při přechodu světelných vln ze vzduchu do vody se rychlost světla snižuje, čelo vlny a s ní i její rychlost mění směr

Obrázek ukazuje světelnou vlnu přecházející ze vzduchu do vody a dopadající na rozhraní mezi těmito médii pod úhlem a. Ve vzduchu se světlo šíří rychlostí v 1 a ve vodě nižší rychlostí v 2 .

Bod A vlny dosáhne hranice jako první. Za dobu Δt bod B, pohybující se ve vzduchu stejnou rychlostí v 1, dosáhne bodu B. „Za stejnou dobu bod A, pohybující se ve vodě nižší rychlostí v 2, urazí kratší vzdálenost , dosáhne pouze bodu A". V tomto případě bude tzv. čelo vlny A "B" ve vodě natočeno pod určitým úhlem vzhledem k přední části vlny AB ve vzduchu. A vektor rychlosti (který je vždy kolmý k čelu vlny a shoduje se se směrem jeho šíření) se otáčí a blíží se k přímce OO", kolmé k rozhraní mezi prostředími. V tomto případě je úhel lomu β menší. než úhel dopadu α. Tak dochází k lomu světla.

Z obrázku je také vidět, že při přechodu do jiného prostředí a rotaci čela vlny se mění i vlnová délka: při přechodu do opticky hustšího prostředí se rychlost snižuje, vlnová délka se také zmenšuje (λ 2< λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.

Otázky

  1. Která z těchto dvou látek je opticky hustší?
  2. Jak se určují indexy lomu z hlediska rychlosti světla v médiích?
  3. Kam se světlo šíří nejrychleji?
  4. Jaký je fyzikální důvod poklesu rychlosti světla při přechodu z vakua do prostředí nebo z prostředí s nižší optickou hustotou do prostředí s vyšší?
  5. Co určuje (tedy na čem závisí) absolutní index lomu prostředí a rychlost světla v něm?
  6. Vysvětlete, co znázorňuje Obrázek 142.

Cvičení

Tento článek odhaluje podstatu takového konceptu optiky, jako je index lomu. Jsou uvedeny vzorce pro získání této hodnoty, uveden stručný přehled aplikace jevu lomu elektromagnetické vlny.

Schopnost vidět a index lomu

Na úsvitu civilizace si lidé kladli otázku: jak vidí oko? Bylo navrženo, že člověk vyzařuje paprsky, které cítí okolní předměty, nebo naopak všechny věci takové paprsky vyzařují. Odpověď na tuto otázku byla dána v sedmnáctém století. Je obsažen v optice a souvisí s tím, co je index lomu. Světlo, které se odráží od různých neprůhledných povrchů a láme se na hranici s průhlednými, dává člověku příležitost vidět.

Index světla a lomu

Naše planeta je zahalena světlem Slunce. A právě s vlnovou povahou fotonů je spojen takový pojem jako absolutní index lomu. Při šíření ve vakuu nenarazí foton na žádné překážky. Na planetě se světlo setkává s mnoha různými hustšími médii: atmosférou (směs plynů), vodou, krystaly. Jelikož se jedná o elektromagnetické vlnění, fotony světla mají ve vakuu jednu fázovou rychlost (označ C), a v prostředí - další (označené proti). Poměr prvního a druhého je to, co se nazývá absolutní index lomu. Vzorec vypadá takto: n = c / v.

Fázová rychlost

Stojí za to uvést definici fázové rychlosti elektromagnetického prostředí. Jinak pochopit, co je index lomu n, je to zakázáno. Foton světla je vlna. To znamená, že může být reprezentován jako balík energie, který kmitá (představte si segment sinusoidy). Fáze - to je segment sinusoidy, který vlna v daném čase projde (připomeňme, že je to důležité pro pochopení takové veličiny, jako je index lomu).

Fáze může být například maximálně sinusoida nebo nějaký segment jejího sklonu. Fázová rychlost vlny je rychlost, kterou se tato konkrétní fáze pohybuje. Jak vysvětluje definice indexu lomu, pro vakuum a pro médium se tyto hodnoty liší. Navíc každé prostředí má svou vlastní hodnotu této veličiny. Jakákoli transparentní sloučenina, bez ohledu na její složení, má index lomu odlišný od všech ostatních látek.

Absolutní a relativní index lomu

Již výše bylo ukázáno, že absolutní hodnota se měří vzhledem k vakuu. To je však na naší planetě těžké: světlo častěji dopadá na hranici vzduchu a vody nebo křemene a spinelu. Pro každé z těchto médií, jak je uvedeno výše, je index lomu jiný. Foton ve vzduchu světlo přichází podél jednoho směru a má jednu fázovou rychlost (v 1), ale při vstupu do vody změní směr šíření a fázovou rychlost (v 2). Oba tyto směry však leží ve stejné rovině. To je velmi důležité pro pochopení toho, jak se vytváří obraz okolního světa na sítnici oka nebo na matrici fotoaparátu. Poměr dvou absolutních hodnot udává relativní index lomu. Vzorec vypadá takto: n 12 \u003d v 1 / v 2.

Ale co když světlo naopak vychází z vody a dostává se do vzduchu? Pak bude tato hodnota určena vzorcem n 21 = v 2 / v 1. Při vynásobení relativních indexů lomu dostaneme n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1. Tento poměr platí pro jakýkoli pár médií. Relativní index lomu lze zjistit ze sinů úhlů dopadu a lomu n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Nezapomeňte, že úhly se počítají od normály k povrchu. Normála je přímka, která je kolmá k povrchu. Tedy pokud je problému dán úhel α klesající vzhledem k samotnému povrchu, pak je třeba uvažovat sinus (90 - α).

Krása indexu lomu a jeho aplikace

Za klidného slunečného dne hraje na dně jezera odlesky. Tmavě modrý led pokrývá skálu. Na ženské ruce diamant rozptyluje tisíce jisker. Tyto jevy jsou důsledkem toho, že všechny hranice transparentních médií mají relativní index lomu. Kromě estetického potěšení lze tento fenomén využít i pro praktické aplikace.

Zde jsou nějaké příklady:

  • Skleněná čočka sbírá paprsek slunečního světla a zapaluje trávu.
  • Laserový paprsek se zaměří na nemocný orgán a odřízne nepotřebnou tkáň.
  • Sluneční světlo se láme na starověké vitráže a vytváří zvláštní atmosféru.
  • Mikroskop zvětšuje velmi malé detaily
  • Čočky spektrofotometrů sbírají laserové světlo odražené od povrchu zkoumané látky. Tak je možné pochopit strukturu a následně vlastnosti nových materiálů.
  • Existuje dokonce projekt fotonického počítače, kde budou informace přenášeny nikoli elektrony, jako je tomu nyní, ale fotony. U takového zařízení budou refrakční prvky určitě potřeba.

Vlnová délka

Slunce nás však zásobuje fotony nejen ve viditelném spektru. Infračervené, ultrafialové a rentgenové záření lidský zrak nevnímá, ale ovlivňují náš život. Infračervené paprsky nás udržují v teple, UV fotony ionizují horní atmosféru a umožňují rostlinám produkovat kyslík prostřednictvím fotosyntézy.

A čemu se rovná index lomu, závisí nejen na látkách, mezi kterými hranice leží, ale také na vlnové délce dopadajícího záření. Z kontextu je obvykle jasné, o jakou hodnotu se mluví. Tedy pokud kniha uvažuje o rentgenovém záření a jeho působení na člověka, pak n tam je to pro tento rozsah definováno. Obvykle se však myslí viditelné spektrum elektromagnetických vln, pokud není uvedeno jinak.

Index lomu a odraz

Jak bylo z výše uvedeného zřejmé, mluvíme o transparentních prostředích. Jako příklady jsme uvedli vzduch, vodu, diamant. Ale co dřevo, žula, plast? Existuje pro ně něco jako index lomu? Odpověď je složitá, ale obecně ano.

V první řadě bychom měli zvážit, s jakým světlem máme co do činění. Média, která jsou pro viditelné fotony neprůhledná, jsou proříznuta rentgenovým nebo gama zářením. To znamená, že kdybychom byli všichni supermani, pak by byl pro nás celý svět kolem průhledný, ale v různé míry. Například stěny z betonu by nebyly hustší než želé a kovové kování by vypadalo jako kousky hustšího ovoce.

Pro ostatní elementární částice, miony, naše planeta je obecně skrz na skrz průhledná. Vědci si svého času přinesli spoustu problémů, aby dokázali samotný fakt jejich existence. Miony nás každou sekundu prorazí v milionech, ale pravděpodobnost, že se jediná částice srazí s hmotou, je velmi malá a je velmi obtížné to napravit. Mimochodem, Bajkal se brzy stane místem pro „chytání“ mionů. Jeho hluboká a čistá voda je k tomu ideální – zvláště v zimě. Hlavní je, že senzory nezamrzají. Index lomu betonu, například pro rentgenové fotony, tedy dává smysl. Kromě toho je rentgenové ozařování látky jednou z nejpřesnějších a nejdůležitějších metod pro studium struktury krystalů.

Je také vhodné připomenout, že v matematickém smyslu mají látky, které jsou pro daný rozsah opakní, pomyslný index lomu. Konečně je třeba pochopit, že teplota látky může také ovlivnit její průhlednost.