Söötme murdumisnäitaja vaakumi suhtes, st valguskiirte ülemineku korral vaakumist keskkonnale, nimetatakse absoluutseks ja määratakse valemiga (27.10): n=c/v.

Arvutustes võetakse tabelitest absoluutsed murdumisnäitajad, kuna nende väärtus määratakse katsete abil üsna täpselt. Kuna c on suurem kui v, siis absoluutne näitaja murdumine on alati suurem kui ühtsus.

Kui valguskiirgus läheb vaakumist keskkonda, kirjutatakse teise murdumisseaduse valem järgmiselt:

sin i/sin β = n. (29,6)

Valemit (29.6) kasutatakse praktikas sageli ka siis, kui kiired liiguvad õhust keskkonda, kuna valguse levimise kiirus õhus erineb väga vähe kiirusest c. Seda on näha sellest, et õhu absoluutne murdumisnäitaja on 1,0029.

Kui kiir läheb keskkonnast vaakumisse (õhku), on teise murdumisseaduse valem järgmine:

sin i/sin β = 1/n. (29,7)

Sel juhul eemalduvad kiired keskkonnast lahkudes tingimata keskkonna ja vaakumi vahelisest ristsihist.

Uurige, kuidas leida suhteline näitaja murdumisnäitaja n21 absoluutsete murdumisnäitajate järgi. Laske valgusel minna absoluutindeksiga n1 keskkonnast absoluutindeksiga n2. Siis n1 = c/V1 jan2 = s/v2, kust:

n2/n1=v1/v2=n21. (29,8)

Sellise juhtumi teise murdumisseaduse valem kirjutatakse sageli järgmiselt:

sini/sinβ = n2/n1. (29,9)

Pidagem seda meeles Maxwelli teooria absoluutne eksponent murdumise saab leida seosest: n = √(με). Kuna valguskiirgusele läbipaistvate ainete puhul on μ praktiliselt võrdne ühtsusega, võime eeldada, et:

n = √ε. (29.10)

Kuna võnkesagedus sisse valguskiirgus on suurusjärgus 10 14 Hz, dielektriku suhteliselt suure massiga dipoolidel ega ioonidel pole aega sellise sagedusega oma positsioone muuta ja aine dielektrilised omadused nendes tingimustes määratakse ainult elektroonika abil. selle aatomite polarisatsioon. See seletab erinevust väärtuse ε= vaheln 2 alates (29.10) ja ε st elektrostaatikas. Niisiis, vee puhul ε \u003d n 2 \u003d 1,77 ja ε st \u003d 81; ioonse tahke dielektriku NaCl ε = 2,25 ja ε st = 5,6. Kui aine koosneb homogeensetest aatomitest või mittepolaarsetest molekulidest, st tal ei ole ioone ega looduslikke dipoole, saab selle polarisatsioon olla ainult elektrooniline. Sarnaste ainete puhul langevad ε alates (29.10) ja ε st kokku. Sellise aine näiteks on teemant, mis koosneb ainult süsinikuaatomitest.

Pange tähele, et absoluutse murdumisnäitaja väärtus sõltub lisaks aine tüübile ka võnkesagedusest või kiirguse lainepikkusest . Kui lainepikkus väheneb, siis reeglina murdumisnäitaja suureneb.

LOENGULE №24

"INSTRUMENTAALSET ANALÜÜSI MEETODID"

REFRAKTOMETRIA.

Kirjandus:

1. V.D. Ponomarjov" Analüütiline keemia» 1983 246-251

2. A.A. Ištšenko "Analüütiline keemia" 2004, lk 181-184

REFRAKTOMETRIA.

Refraktomeetria on üks lihtsamaid füüsilised meetodid analüüs minimaalse analüüdi kogusega ja see viiakse läbi väga lühikese ajaga.

Refraktomeetria- meetod, mis põhineb murdumise või murdumise nähtusel s.o. valguse levimissuuna muutumine ühest keskkonnast teise üleminekul.

Murdumine, nagu ka valguse neeldumine, on selle ja keskkonna vastasmõju tagajärg. Sõna refraktomeetria tähendab mõõtmine valguse murdumine, mida hinnatakse murdumisnäitaja väärtuse järgi.

Murdumisnäitaja väärtus n oleneb

1) ainete ja süsteemide koostise kohta,

2) alates millisel kontsentratsioonil ja milliseid molekule valguskiir oma teel kohtab, sest Valguse mõjul polariseeritakse erinevate ainete molekulid erineval viisil. Sellel sõltuvusel põhineb refraktomeetriline meetod.

Sellel meetodil on mitmeid eeliseid, mille tulemusena on see leidnud laialdast rakendust nii keemiauuringutes kui ka tehnoloogiliste protsesside juhtimisel.

1) Mõõtmise murdumisnäitajad on kõrged lihtne protsess, mis viiakse läbi täpselt ning minimaalse aja ja ainekogusega.

2) Tavaliselt võimaldavad refraktomeetrid valguse murdumisnäitaja ja analüüdi sisalduse määramisel kuni 10% täpsust.

Refraktomeetria meetodit kasutatakse autentsuse ja puhtuse kontrollimiseks, tuvastamiseks üksikud ained, orgaaniliste ja anorgaaniliste ühendite struktuuri määramiseks lahuste uurimisel. Refraktomeetriat kasutatakse kahekomponentsete lahuste koostise määramiseks ja kolmekomponentsete süsteemide jaoks.

Füüsilised alused meetod

REFRAKTIIVNE INDIKAATOR.

Valguskiire kõrvalekalle algsest suunast, kui see liigub ühest keskkonnast teise, on seda suurem, mida suurem on erinevus valguse levimiskiirustes kahes

need keskkonnad.

Mõelge valguskiire murdumisele mis tahes kahe läbipaistva kandja I ja II piiril (vt joonis). Leppigem kokku, et II kandjal on suurem murdumisvõime ja seetõttu n 1 Ja n 2- näitab vastava keskkonna murdumist. Kui keskkond I ei ole vaakum ega õhk, siis valguskiire langemisnurga sin ja murdumisnurga sin suhe annab suhtelise murdumisnäitaja n rel väärtuse. n rel väärtus. võib defineerida ka vaadeldava kandja murdumisnäitajate suhtena.

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

Murdumisnäitaja väärtus sõltub

1) ainete olemus

Aine olemuse määrab sel juhul selle molekulide deformeeritavuse määr valguse toimel – polariseeritavuse aste. Mida intensiivsem on polariseeritavus, seda tugevam on valguse murdumine.

2)langeva valguse lainepikkus

Murdumisnäitaja mõõdetakse valguse lainepikkusel 589,3 nm (naatriumi spektri joon D).

Murdumisnäitaja sõltuvust valguse lainepikkusest nimetatakse dispersiooniks. Mida lühem on lainepikkus, seda suurem on murdumine. Seetõttu murduvad erineva lainepikkusega kiired erinevalt.

3)temperatuuri mille juures mõõtmine toimub. Murdumisnäitaja määramise eelduseks on temperatuurirežiimi järgimine. Tavaliselt tehakse määramine temperatuuril 20±0,3 0 С.

Temperatuuri tõustes murdumisnäitaja väheneb ja temperatuuri langedes suureneb..

Temperatuuri korrektsioon arvutatakse järgmise valemi abil:

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

n t - Hüvasti murdumisnäitaja antud temperatuuril,

n 20 - murdumisnäitaja temperatuuril 20 0 С

Temperatuuri mõju gaaside ja vedelike murdumisnäitajate väärtustele on seotud nende mahulise paisumise koefitsientide väärtustega. Kõigi gaaside ja vedelike maht kuumutamisel suureneb, tihedus väheneb ja sellest tulenevalt indikaator väheneb

Murdumisnäitaja, mõõdetuna temperatuuril 20 0 C ja valguse lainepikkusel 589,3 nm, on näidatud indeksiga n D 20

Homogeense kahekomponendilise süsteemi murdumisnäitaja sõltuvus selle olekust määratakse eksperimentaalselt, määrates murdumisnäitaja mitmele standardsüsteemile (näiteks lahustele), mille komponentide sisaldus on teada.

4) aine kontsentratsioon lahuses.

Paljudele vesilahused ainete murdumisnäitajaid erinevatel kontsentratsioonidel ja temperatuuridel mõõdetakse usaldusväärselt ning sellistel juhtudel saate kasutada viite refraktomeetrilised tabelid. Praktika näitab, et kui lahustunud aine sisaldus ei ületa 10-20%, on graafilise meetodiga väga paljudel juhtudel võimalik kasutada lineaarvõrrand tüüp:

n=n o +FC,

n- lahuse murdumisnäitaja,

ei on puhta lahusti murdumisnäitaja,

C- lahustunud aine kontsentratsioon, %

F-empiiriline koefitsient, mille väärtus leitakse

teadaoleva kontsentratsiooniga lahuste murdumisnäitajate määramisega.

REFRAKTOMEERID.

Refraktomeetrid on seadmed, mida kasutatakse murdumisnäitaja mõõtmiseks. Neid instrumente on kahte tüüpi: Abbe tüüpi refraktomeeter ja Pulfrichi tüüpi. Nii nendel kui ka teistel põhinevad mõõtmised murdumisnurga piirava suuruse määramisel. Praktikas kasutatakse erinevate süsteemide refraktomeetreid: laboratoorsed RL, universaalsed RLU jne.

Destilleeritud vee murdumisnäitaja n 0 \u003d 1,33299, praktikas on see indikaator võrdluseks n 0 =1,333.

Refraktomeetrite tööpõhimõte põhineb murdumisnäitaja määramisel piirava nurga meetodil (valguse kogupeegelduse nurk).

Käsi refraktomeeter

Refraktomeeter Abbe

Murdumine või murdumine on nähtus, mille korral valguskiire või muude lainete suund muutub, kui need ületavad piiri, mis eraldab kahte keskkonda, nii läbipaistvat (kandes neid laineid) kui ka keskkonnas, mille omadused muutuvad pidevalt. .

Murdumisnähtust kohtame üsna sageli ja tajume seda kui tavalist nähtust: näeme, et läbipaistvas klaasis koos värvilise vedelikuga asuv pulk on õhu ja vee eraldumise kohas “katki” (joon 1). Kui vihma ajal valgus murdub ja peegeldub, rõõmustame vikerkaart nähes (joon. 2).

Murdumisnäitaja on sellega seotud aine oluline omadus füüsilised ja keemilised omadused. See sõltub temperatuuri väärtustest, samuti valguslainete lainepikkustest, mille juures määramine toimub. Lahuse kvaliteedikontrolli andmete kohaselt mõjutab murdumisnäitaja selles lahustunud aine kontsentratsioon, samuti lahusti laad. Eelkõige mõjutab vereseerumi murdumisnäitajat selles sisalduva valgu kogus, mis on tingitud asjaolust, et valguskiirte erineva levimiskiiruse korral erineva tihedusega keskkonnas muutub nende suund kahe keskkonna vahelisel liidesel. . Kui jagada valguse kiirus vaakumis valguse kiirusega uuritavas aines, saame absoluutse murdumisnäitaja (murdumisnäitaja). Praktikas määratakse suhteline murdumisnäitaja (n), mis on valguse kiiruse õhus ja valguse kiiruse suhe uuritavas aines.

Murdumisnäitaja kvantifitseeritakse spetsiaalse seadme - refraktomeetri abil.

Refraktomeetria on üks lihtsamaid meetodeid füüsiline analüüs ning seda saab kasutada kvaliteedikontrolli laborites keemia-, toidu-, bioloogiliselt aktiivsete toidulisandite, kosmeetika ja muud tüüpi toodete valmistamisel minimaalse aja ja proovide arvuga.

Refraktomeetri konstrueerimisel on lähtutud sellest, et valguskiired peegelduvad täielikult läbi kahe keskkonna piiri (üks neist on klaasprisma, teine ​​katselahus) (joonis 3).

Riis. 3. Refraktomeetri skeem

Allikast (1) langeb valguskiir peegelpinnale (2), seejärel peegeldudes läheb see ülemisse valgusprismasse (3), seejärel alumisse mõõteprismasse (4), mis on valmistatud klaasist. kõrge murdumisnäitajaga. Prismade (3) ja (4) vahele kantakse kapillaari abil 1–2 tilka proovi. Et mitte tekitada prisma mehaanilisi kahjustusi, on vaja mitte puudutada selle pinda kapillaariga.

Okulaar (9) näeb liidese seadistamiseks ristjoontega välja. Okulaari liigutades tuleb väljade lõikepunkt joondada liidesega (joonis 4) Liidese rolli täidab prisma tasapind (4), mille pinnal valguskiir murdub. Kuna kiired on hajutatud, osutub valguse ja varju piir uduseks, sillerdavaks. Selle nähtuse kõrvaldab dispersioonikompensaator (5). Seejärel lastakse kiir läbi läätse (6) ja prisma (7). Plaadil (8) on sihikutõmbed (kaks risti ristuvat sirget joont), samuti murdumisnäitajatega skaala, mida jälgitakse okulaaris (9). Seda kasutatakse murdumisnäitaja arvutamiseks.

Välja piiride eraldusjoon vastab sisemise täieliku peegelduse nurgale, mis sõltub proovi murdumisnäitajast.

Refraktomeetriat kasutatakse aine puhtuse ja autentsuse määramiseks. Seda meetodit kasutatakse ka ainete kontsentratsiooni määramiseks lahustes kvaliteedikontrolli käigus, mis arvutatakse kalibreerimisgraafikult (graafik, mis näitab proovi murdumisnäitaja sõltuvust selle kontsentratsioonist).

KorolevPharmis määratakse murdumisnäitaja vastavalt kinnitatud normatiivne dokumentatsioon tooraine sisendkontrollil, oma toodangu väljavõtetel, aga ka valmistoodete väljalaskmisel. Määramise teevad akrediteeritud füüsikalise ja keemilise labori kvalifitseeritud töötajad, kasutades refraktomeetrit IRF-454 B2M.

Kui tooraine sisendkontrolli tulemuste põhjal murdumisnäitaja ei vasta vajalikele nõuetele, koostab kvaliteedikontrolli osakond mittevastavuse akti, mille alusel tagastatakse see toorainepartii. tarnija.

Määramise meetod

1. Enne mõõtmiste alustamist kontrollitakse prismade omavahel kokkupuutuvate pindade puhtust.

2. Nullpunkti kontroll. Mõõteprisma pinnale kanname 2÷3 tilka destilleeritud vett, suleme ettevaatlikult valgustava prismaga. Avage valgustusaken ja seadke peegli abil valgusallikas kõige intensiivsemasse suunda. Okulaari kruvisid keerates saavutame selle vaateväljas selge ja terava vahe tumedate ja heledate väljade vahel. Pöörame kruvi ja suuname varju ja valguse joone nii, et see langeks kokku punktiga, kus jooned okulaari ülemises aknas ristuvad. Okulaari alumise akna vertikaalsel joonel näeme soovitud tulemust - 20 ° C juures destilleeritud vee murdumisnäitajat (1,333). Kui näidud on erinevad, seadke kruvi murdumisnäitaja 1,333 peale ja võtme abil (eemaldage reguleerimiskruvi) toome varju ja valguse piiri joonte lõikepunkti.

3. Määrake murdumisnäitaja. Tõstke prismavalgustuse kamber üles ja eemaldage vesi filterpaberi või marli salvrätikuga. Järgmisena kandke 1-2 tilka katselahust mõõteprisma pinnale ja sulgege kamber. Pöörame kruvisid, kuni varju ja valguse piirid langevad kokku joonte lõikepunktiga. Okulaari alumise akna vertikaalsel joonel näeme soovitud tulemust - uuritava proovi murdumisnäitaja. Arvutame murdumisnäitaja okulaari alumises aknas asuval skaalal.

4. Kalibreerimisgraafiku abil teeme kindlaks seose lahuse kontsentratsiooni ja murdumisnäitaja vahel. Graafiku koostamiseks on vaja valmistada mitme kontsentratsiooniga standardlahused, kasutades keemiliselt puhaste ainete preparaate, mõõta nende murdumisnäitajaid ja joonistada saadud väärtused ordinaatteljel ning joonistada lahuste vastavad kontsentratsioonid abstsissteljele. On vaja valida kontsentratsioonivahemikud, mille puhul täheldatakse lineaarset seost kontsentratsiooni ja murdumisnäitaja vahel. Mõõdame uuritava proovi murdumisnäitaja ja määrame graafiku abil selle kontsentratsiooni.

8. klassi füüsika kursusel tutvusite valguse murdumise nähtusega. Nüüd teate, et valgus on teatud sagedusvahemikuga elektromagnetlained. Tuginedes teadmistele valguse olemuse kohta, suudate mõista murdumise füüsikalist põhjust ja selgitada paljusid muid sellega seotud valgusnähtusi.

Riis. 141. Üleminekul ühest keskkonnast teise kiir murdub, st muudab levimise suunda

Valguse murdumise seaduse järgi (joonis 141):

• kiire langemispunktis langevad, murdunud ja risti tõmmatud kiired paiknevad samal tasapinnal; langemisnurga siinuse ja murdumisnurga siinuse suhe on nende kahe keskkonna konstantne väärtus

kus n 21 on teise keskkonna suhteline murdumisnäitaja esimese suhtes.

Kui kiir läheb vaakumist ükskõik millisesse keskkonda, siis

kus n on teise keskkonna absoluutne murdumisnäitaja (või lihtsalt murdumisnäitaja). Sel juhul on esimene "keskkond" vaakum, mille absoluutindeks võetakse üheks.

Valguse murdumise seaduse avastas empiiriliselt Hollandi teadlane Willebord Snellius aastal 1621. Seadus formuleeriti optikat käsitlevas traktaadis, mis leiti teadlase paberitest pärast tema surma.

Pärast Snelli avastamist esitasid mitmed teadlased hüpoteesi, et valguse murdumine on tingitud selle kiiruse muutumisest, kui see läbib kahe keskkonna piiri. Selle hüpoteesi paikapidavust kinnitasid prantsuse matemaatiku Pierre Fermat’ (1662. aastal) ja Hollandi füüsiku Christian Huygensi (1690. aastal) sõltumatult läbi viidud teoreetilised tõestused. Erinevaid teid pidi jõudsid nad sama tulemuseni, mis tõestab seda

• langemisnurga siinuse ja murdumisnurga siinuse suhe on nende kahe keskkonna konstantne väärtus, võrdne suhtega valguse kiirused nendes meediumites:

Võrrandist (3) järeldub, et kui murdumisnurk β on väiksem kui langemisnurk a, siis antud sagedusega valgus teises keskkonnas levib aeglasemalt kui esimeses, st V 2

Võrrandis (3) sisalduvate suuruste seos oli hea põhjus suhtelise murdumisnäitaja definitsiooni teise sõnastuse ilmumiseks:

• teise keskkonna suhteline murdumisnäitaja esimese suhtes on füüsikaline suurus, mis võrdub valguse kiiruste suhtega nendes keskkonnas:

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

Laske valgusvihul liikuda vaakumist mõnda keskkonda. Asendades v1 võrrandis (4) valguse kiirusega vaakumis c ja v 2 valguse kiirusega keskkonnas v, saame võrrandi (5), mis on absoluutse murdumisnäitaja definitsioon:

• keskkonna absoluutne murdumisnäitaja on füüsikaline suurus, mis võrdub valguse kiiruse vaakumis ja valguse kiiruse suhtega antud keskkonnas:

Vastavalt võrranditele (4) ja (5) näitab n 21, mitu korda muutub valguse kiirus, kui see liigub ühest keskkonnast teise, ja n - kui see läheb vaakumist keskkonda. See on murdumisnäitajate füüsiline tähendus.

Mis tahes aine absoluutse murdumisnäitaja n väärtus on suurem kui ühtsus (seda kinnitavad füüsikaliste teatmeteoste tabelites sisalduvad andmed). Siis on võrrandi (5) kohaselt c/v > 1 ja c > v, st valguse kiirus mis tahes aines on väiksem kui valguse kiirus vaakumis.

Rangeid põhjendusi andmata (need on keerulised ja tülikad), märgime, et valguse kiiruse vähenemise põhjuseks vaakumist ainele üleminekul on valguslaine interaktsioon aine aatomite ja molekulidega. Mida suurem on aine optiline tihedus, seda tugevam on see interaktsioon, seda väiksem on valguse kiirus ja suurem murdumisnäitaja. Seega on valguse kiirus keskkonnas ja absoluutne murdumisnäitaja määratud selle keskkonna omadustega.

Ainete murdumisnäitajate arvväärtuste järgi saab võrrelda nende optilist tihedust. Näiteks on erinevat tüüpi klaaside murdumisnäitajad vahemikus 1,470 kuni 2,040, samas kui vee murdumisnäitaja on 1,333. See tähendab, et klaas on optiliselt tihedam keskkond kui vesi.

Pöördume joonise 142 poole, mille abil saame selgitada, miks kahe keskkonna piiril kiiruse muutumisega muutub ka valguslaine levimise suund.

Riis. 142. Kui valguslained lähevad õhust vette, siis valguse kiirus väheneb, laine esiosa ja koos sellega ka kiirus muutuvad suunda

Joonisel on kujutatud valguslainet, mis liigub õhust vette ja langeb nende kandjate vahelisele liidesele nurga a all. Õhus levib valgus kiirusega v 1 ja vees aeglasema kiirusega v 2 .

Esimesena jõuab piirile laine punkt A. Aja jooksul Δt jõuab õhus sama kiirusega v 1 liikuv punkt B punkti B. "Sama aja jooksul läbib punkt A, liikudes vees väiksema kiirusega v 2, lühema vahemaa. , jõudes ainult punkti A". Sel juhul pööratakse nn lainefront A "B" vees õhus oleva AB laine esiosa suhtes teatud nurga all. Ja kiirusvektor (mis on alati lainefrondiga risti ja langeb kokku selle levimissuunaga) pöörleb, lähenedes sirgele OO", mis on risti kandja vahelise liidesega. Sel juhul on murdumisnurk β väiksem kui langemisnurk α. Nii toimub valguse murdumine.

Samuti on jooniselt näha, et üleminekul teisele keskkonnale ja lainefrondi pöörlemisel muutub ka lainepikkus: optiliselt tihedamale keskkonnale üleminekul kiirus väheneb, väheneb ka lainepikkus (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.

Küsimused

1. Milline kahest ainest on optiliselt tihedam?
2. Kuidas määratakse murdumisnäitajad valguse kiiruse järgi keskkonnas?
3. Kuhu valgus kõige kiiremini liigub?
4. Mis on valguse kiiruse vähenemise füüsikaline põhjus, kui see liigub vaakumist keskkonda või madalama optilise tihedusega keskkonnast kõrgemasse?
5. Mis määrab (st millest need sõltuvad) keskkonna absoluutse murdumisnäitaja ja valguse kiiruse selles?
6. Selgitage, mida joonis 142 illustreerib.

Harjutus

See artikkel paljastab sellise optika kontseptsiooni nagu murdumisnäitaja olemuse. Antakse valemid selle väärtuse saamiseks, antakse lühiülevaade elektromagnetlaine murdumise nähtuse rakendamisest.

Nägemisvõime ja murdumisnäitaja

Tsivilisatsiooni koidikul esitasid inimesed küsimuse: kuidas silm näeb? On oletatud, et inimene kiirgab kiiri, mis tunnetavad ümbritsevaid objekte, või vastupidi, kõik asjad kiirgavad selliseid kiiri. Vastus sellele küsimusele anti XVII sajandil. See sisaldub optikas ja on seotud murdumisnäitajaga. Erinevatelt läbipaistmatutelt pindadelt peegeldudes ja piiril läbipaistvatega murdudes annab valgus inimesele võimaluse näha.

Valgus- ja murdumisnäitaja

Meie planeet on kaetud Päikese valgusega. Ja just footonite lainelise olemusega seostub selline mõiste nagu absoluutne murdumisnäitaja. Vaakumis levides ei kohta footon takistusi. Planeedil kohtab valgus palju erinevaid tihedamaid keskkondi: atmosfäär (gaaside segu), vesi, kristallid. Kuna valguse footonitel on elektromagnetlaine, on vaakumis üks faasikiirus (tähistatud c) ja keskkonnas - teine ​​(tähistatud v). Esimese ja teise suhet nimetatakse absoluutseks murdumisnäitajaks. Valem näeb välja selline: n = c / v.

Faasi kiirus

Tasub anda elektromagnetilise keskkonna faasikiiruse määratlus. Vastasel juhul saate aru, mis on murdumisnäitaja n, see on keelatud. Valguse footon on laine. Seega võib seda kujutada energiapaketina, mis võngub (kujutage ette sinusoidi segmenti). Faas - see on sinusoidi segment, mida laine antud ajahetkel läbib (tuletage meelde, et see on oluline sellise suuruse, nagu murdumisnäitaja, mõistmiseks).

Näiteks võib faas olla maksimaalselt sinusoid või mõni selle kalde segment. Laine faasikiirus on kiirus, millega see konkreetne faas liigub. Nagu murdumisnäitaja määratlus selgitab, on vaakumi ja keskkonna puhul need väärtused erinevad. Pealegi on igal keskkonnal sellel suurusel oma väärtus. Igal läbipaistval ühendil, olenemata selle koostisest, on murdumisnäitaja kõigist teistest ainetest.

Absoluutne ja suhteline murdumisnäitaja

Eespool on juba näidatud, et absoluutväärtust mõõdetakse vaakumi suhtes. Meie planeedil on see aga keeruline: valgus tabab sagedamini õhu ja vee või kvartsi ja spinelli piiri. Nagu eespool mainitud, on iga sellise kandja murdumisnäitaja erinev. Footon õhus valgus tulebühes suunas ja on ühe faasikiirusega (v 1), kuid vette sattudes muudab levimise suunda ja faasikiirust (v 2). Mõlemad suunad asuvad aga samas tasapinnas. See on väga oluline mõistmaks, kuidas tekib silma võrkkestale või kaamera maatriksile pilt ümbritsevast maailmast. Kahe absoluutväärtuse suhe annab suhtelise murdumisnäitaja. Valem näeb välja selline: n 12 \u003d v 1 / v 2.

Aga mis siis, kui valgus, vastupidi, tuleb veest välja ja siseneb õhku? Siis määratakse see väärtus valemiga n 21 = v 2 / v 1. Suhteliste murdumisnäitajate korrutamisel saame n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1. See suhe kehtib iga kandja paari kohta. Suhtelise murdumisnäitaja saab leida langemis- ja murdumisnurkade siinustest n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Ärge unustage, et nurki loetakse normaalsest pinnani. Normaalne on joon, mis on pinnaga risti. See tähendab, et kui probleemile on antud nurk α langeb pinna enda suhtes, siis tuleb arvestada siinuse (90 - α) arvuga.

Murdumisnäitaja ilu ja selle rakendused

Vaiksel päikesepaistelisel päeval mängib järve põhjas sära. Kivi katab tumesinine jää. Naise käel puistab teemant tuhandeid sädemeid. Need nähtused on tingitud asjaolust, et läbipaistva kandja kõigil piiridel on suhteline murdumisnäitaja. Lisaks esteetilisele naudingule saab seda nähtust kasutada ka praktilisteks rakendusteks.

siin on mõned näidised:

• Klaaslääts kogub kokku päikesekiire ja süütab rohu põlema.
• Laserkiir keskendub haigele elundile ja lõikab ära mittevajalikud koed.
• Päikesevalgus murdub iidsel vitraažaknal, luues erilise atmosfääri.
• Mikroskoop suurendab väga väikseid detaile
• Spektrofotomeetri läätsed koguvad uuritava aine pinnalt peegeldunud laservalgust. Seega on võimalik mõista uute materjalide struktuuri ja seejärel omadusi.
• On isegi fotoonilise arvuti projekt, kus teavet ei edastata mitte elektronide, nagu praegu, vaid footonite kaudu. Sellise seadme jaoks on kindlasti vaja murdumiselemente.

Lainepikkus

Kuid Päike ei varusta meid footonitega mitte ainult nähtavas spektris. Inimese nägemine ei taju infrapuna-, ultraviolett-, röntgenikiirguse ulatust, kuid need mõjutavad meie elu. IR-kiired hoiavad meid soojas, UV-footonid ioniseerivad ülemist atmosfääri ja võimaldavad taimedel fotosünteesi kaudu hapnikku toota.

Ja see, millega murdumisnäitaja võrdub, ei sõltu mitte ainult ainetest, mille vahel on piir, vaid ka langeva kiirguse lainepikkusest. Tavaliselt on kontekstist selge, millisele väärtusele viidatakse. Ehk kui raamatus käsitletakse röntgenikiirgust ja selle mõju inimesele, siis n seal on see selle vahemiku jaoks määratletud. Kuid tavaliselt peetakse silmas elektromagnetlainete nähtavat spektrit, kui pole teisiti märgitud.

Murdumisnäitaja ja peegeldus

Nagu eelnevast selgus, räägime läbipaistvatest keskkondadest. Näidetena tõime õhku, vett, teemanti. Aga kuidas on lood puidu, graniidi, plastiga? Kas nende jaoks on olemas selline asi nagu murdumisnäitaja? Vastus on keeruline, kuid üldiselt jah.

Kõigepealt peaksime kaaluma, millise valgusega meil on tegemist. Need kandjad, mis on nähtavatele footonitele läbipaistmatud, lõigatakse läbi röntgeni- või gammakiirgusega. See tähendab, et kui me kõik oleksime supermehed, oleks kogu ümbritsev maailm meile läbipaistev, kuid sees erineval määral. Näiteks betoonist seinad ei oleks tarretisest tihedamad ja metallist liitmikud näeksid välja nagu tihedamad puuviljad.

Teistele elementaarosakesed, müüonid, on meie planeet üldiselt läbi ja lõhki läbipaistev. Omal ajal tõid teadlased palju vaeva, et tõestada oma olemasolu fakti. Muoonid läbistavad meid miljoneid igas sekundis, kuid üksiku osakese ainega kokkupõrke tõenäosus on väga väike ja seda on väga raske parandada. Muide, Baikalist saab peagi müüonite "püüdmise" koht. Selle sügav ja selge vesi on selleks ideaalne – eriti talvel. Peaasi, et andurid ei külmuks. Seega on betooni murdumisnäitaja näiteks röntgenfootonite puhul mõistlik. Pealegi on aine röntgenkiirgusega kiiritamine üks täpsemaid ja olulisemaid meetodeid kristallide struktuuri uurimiseks.

Samuti tasub meeles pidada, et matemaatilises mõttes on ainetel, mis on antud vahemiku jaoks läbipaistmatud, kujuteldav murdumisnäitaja. Lõpuks tuleb mõista, et ka aine temperatuur võib mõjutada selle läbipaistvust.