A közegnek a vákuumhoz viszonyított törésmutatóját, azaz a fénysugarak vákuumból közegbe való átmenetének esetére abszolútnak nevezzük, és a (27.10) képlettel határozzuk meg: n=c/v.
A számítások során az abszolút törésmutatókat a táblázatokból veszik, mivel ezek értékét kísérletekkel meglehetősen pontosan határozzák meg. Mivel c nagyobb, mint v, akkor abszolút mutató a fénytörés mindig nagyobb, mint az egység.
Ha a fénysugárzás a vákuumból egy közegbe megy át, akkor a törés második törvényének képlete a következő:
sin i/sin β = n. (29,6)
A (29.6) képletet a gyakorlatban is gyakran használják, amikor a sugarak levegőből közegbe jutnak, mivel a fény terjedési sebessége a levegőben nagyon kevéssé különbözik c-től. Ez abból látszik, hogy a levegő abszolút törésmutatója 1,0029.
Amikor a nyaláb a közegből vákuumba (levegőbe) kerül, akkor a törés második törvényének képlete a következő:
sin i/sin β = 1/n. (29,7)
Ebben az esetben a sugarak, amikor elhagyják a közeget, szükségszerűen eltávolodnak a közeg és a vákuum határfelületére merőlegestől.
Tudja meg, hogyan lehet megtalálni relatív mutató n21 törésmutató abszolút törésmutatókkal. Hagyja, hogy a fény az n1 abszolút indexű közegből az n2 abszolút indexű közegbe jusson. Ekkor n1 = c/V1 ésn2 = s/v2, honnan:
n2/n1=v1/v2=n21. (29,8)
A törés második törvényének képletét ilyen esetekre gyakran a következőképpen írják le:
sini/sinβ = n2/n1. (29,9)
Emlékezzünk erre Maxwell elmélet abszolút kitevője relációból kereshető a fénytörés: n = √(με). Mivel a fénysugárzásnak átlátszó anyagoknál μ gyakorlatilag egyenlő az egységgel, feltételezhetjük, hogy:
n = √ε. (29.10)
Mivel az oszcillációs frekvencia be fénysugárzás 10 14 Hz-es nagyságrendű, a viszonylag nagy tömegű dielektrikumban sem a dipólusoknak, sem az ionoknak nincs idejük ilyen frekvenciával helyzetüket megváltoztatni, és az anyag dielektromos tulajdonságait ilyen körülmények között csak az elektron határozza meg. atomjainak polarizációja. Ez magyarázza az ε= érték közötti különbségetn 2 from (29.10) és ε st az elektrosztatikában. Tehát víz esetén ε \u003d n 2 \u003d 1,77, és ε st = 81; az ionos szilárd dielektrikum NaCl ε=2,25, és ε st=5,6. Ha egy anyag homogén atomokból vagy nem poláros molekulákból áll, azaz nincs sem ionja, sem természetes dipólusa, akkor a polarizációja csak elektronikus lehet. Hasonló anyagok esetén a (29.10) ε és az ε st egybeesnek. Ilyen anyag például a gyémánt, amely csak szénatomokból áll.
Megjegyzendő, hogy az abszolút törésmutató értéke az anyag típusán kívül a rezgési frekvenciától, vagy a sugárzás hullámhosszától is függ. . A hullámhossz csökkenésével a törésmutató általában nő.
A №24 ELŐADÁSHOZ
"MŰSZERES ANALÍZIS MÓDSZEREK"
REFRAKTOMETRIA.
Irodalom:
1. V.D. Ponomarev" Analitikai kémia» 1983 246-251
2. A.A. Ishchenko "Analitikai kémia", 2004, 181-184.
REFRAKTOMETRIA.
A refraktometria az egyik legegyszerűbb fizikai módszerek minimális mennyiségű analittal, és nagyon rövid időn belül elvégezhető.
Refraktometria- a fénytörés vagy fénytörés jelenségén alapuló módszer i.e. a fény terjedési irányának változása az egyik közegből a másikba való átmenet során.
A fénytörés, valamint a fényelnyelés a közeggel való kölcsönhatás következménye. A refraktometria szó jelentése mérés fénytörés, amelyet a törésmutató értékével becsülnek meg.
Törésmutató értéke n attól függ
1) az anyagok és rendszerek összetételéről,
2) innen milyen koncentrációban és milyen molekulákkal találkozik a fénysugár útjában, mert A fény hatására a különböző anyagok molekulái eltérő módon polarizálódnak. Ezen a függőségen alapul a refraktometriás módszer.
Ennek a módszernek számos előnye van, melynek eredményeként széles körben alkalmazható mind a kémiai kutatásban, mind a technológiai folyamatok irányításában.
1) A mérési törésmutatók magasak egyszerű folyamat, amelyet pontosan és minimális idő és anyagmennyiség felhasználásával hajtanak végre.
2) A refraktométerek általában 10%-os pontosságot biztosítanak a fény törésmutatójának és az analittartalomnak a meghatározásában.
A refraktometriás módszer a hitelesség és tisztaság ellenőrzésére, azonosítására szolgál egyedi anyagok, szerves és szervetlen vegyületek szerkezetének meghatározására az oldatok vizsgálata során. A refraktometriát kétkomponensű oldatok összetételének meghatározására és háromkomponensű rendszerek esetén alkalmazzák.
Fizikai alapok módszer
TÖRÉSJELZŐ.
Minél nagyobb a fénysugár eltérése az eredeti irányától, amikor egyik közegből a másikba megy át, annál nagyobb a különbség a fény terjedési sebessége között két
ezeket a környezeteket.
Tekintsük egy fénynyaláb törését bármely két átlátszó közeg I és II határán (lásd az ábrát). Egyezzünk meg abban, hogy a II. közegnek nagyobb a törőereje, és ezért n 1És n 2- a megfelelő közeg fénytörését mutatja. Ha az I közeg nem vákuum és nem levegő, akkor a fénysugár beesési szögének sin és a törésszög sin aránya adja az n rel relatív törésmutató értékét. Az n rel értéke. a vizsgált közeg törésmutatóinak arányaként is definiálható.
n rel. = ----- = ---
A törésmutató értéke attól függ
1) az anyagok természete
Az anyag természetét ebben az esetben molekuláinak fény hatására deformálhatósága - a polarizálhatóság mértéke - határozza meg. Minél intenzívebb a polarizálhatóság, annál erősebb a fénytörés.
2)beeső fény hullámhossza
A törésmutató mérését 589,3 nm-es fényhullámhosszon (a nátrium-spektrum D vonala) végezzük.
A törésmutatónak a fény hullámhosszától való függését diszperziónak nevezzük. Minél rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb a fénytörés. Ezért a különböző hullámhosszú sugarak eltérően törnek meg.
3)hőfok amelynél a mérés történik. A törésmutató meghatározásának előfeltétele a hőmérsékleti rendszer betartása. A meghatározást általában 20±0,3 0 С-on végezzük.
A hőmérséklet emelkedésével a törésmutató csökken, a hőmérséklet csökkenésével pedig nő..
A hőmérséklet-korrekciót a következő képlet segítségével számítjuk ki:
n t \u003d n 20 + (20-t) 0,0002, ahol
n t - Viszlát törésmutató egy adott hőmérsékleten,
n 20 - törésmutató 20 0 С-on
A hőmérséklet hatása a gázok és folyadékok törésmutatóira a térfogattágulási együttható értékeivel függ össze. Az összes gáz és folyadék térfogata melegítéskor növekszik, a sűrűség csökken, és ennek következtében az indikátor csökken
A 20 0 C-on és 589,3 nm-es fényhullámhosszon mért törésmutatót az index jelzi. n D 20
Egy homogén kétkomponensű rendszer törésmutatójának állapotától való függését kísérleti úton állapítják meg, számos szabványos rendszer (például oldatok) törésmutatójának meghatározásával, amelyekben az összetevők tartalma ismert.
4) az anyag koncentrációja az oldatban.
Sokaknak vizes oldatok anyagoknál a törésmutatók különböző koncentrációkban és hőmérsékleteken megbízhatóan mérhetők, és ezekben az esetekben használhatja a referencia refraktometriás táblázatok. A gyakorlat azt mutatja, hogy ha az oldott anyag tartalma nem haladja meg a 10-20%-ot, akkor a grafikus módszer mellett nagyon sok esetben lehet alkalmazni. lineáris egyenlet típus:
n=n o +FC,
n- az oldat törésmutatója,
nem a tiszta oldószer törésmutatója,
C- az oldott anyag koncentrációja, %
F-empirikus együttható, melynek értéke megtalálható
ismert koncentrációjú oldatok törésmutatóinak meghatározásával.
REFRAKTOMÉTEREK.
A refraktométerek a törésmutató mérésére használt eszközök. Ezeknek a műszereknek 2 típusa van: Abbe típusú refraktométer és Pulfrich típusú. Mind ezekben, mind más esetekben a mérések a törésszög határértékének meghatározásán alapulnak. A gyakorlatban különféle rendszerek refraktométereit használják: laboratóriumi RL, univerzális RLU stb.
A desztillált víz törésmutatója n 0 \u003d 1,33299, a gyakorlatban ez a mutató referenciaként n 0 =1,333.
A refraktométerek működési elve a törésmutató meghatározásán alapul a korlátozó szög módszerrel (a teljes fényvisszaverődés szöge).
Kézi refraktométer
Refraktométer Abbe
A fénytörés vagy fénytörés olyan jelenség, amelyben a fénysugár vagy más hullámok irányának változása következik be, amikor átlépik a két közeget elválasztó határt, amelyek átlátszóak (ezeket a hullámokat továbbítják) és egy olyan közeg belsejében, amelyek tulajdonságai folyamatosan változnak. .
A fénytörés jelenségével elég gyakran találkozunk, és hétköznapi jelenségként fogjuk fel: azt láthatjuk, hogy egy átlátszó üvegben elhelyezett, színes folyadékkal ellátott pálcika a levegő és a víz elválásának pontján „eltörik” (1. ábra). Ha eső közben megtörik és visszaverődik a fény, akkor örülünk, ha szivárványt látunk (2. ábra).
A törésmutató az anyaghoz kapcsolódó fontos jellemzője fizikai és kémiai tulajdonságok. Ez függ a hőmérsékleti értékektől, valamint a fényhullámok hullámhosszától, amelyen a meghatározást végezzük. Az oldatban lévő minőségellenőrzési adatok szerint a törésmutatót a benne oldott anyag koncentrációja, valamint az oldószer jellege befolyásolja. Különösen a vérszérum törésmutatóját befolyásolja a benne lévő fehérje mennyisége, ami abból adódik, hogy a különböző sűrűségű közegekben a fénysugarak eltérő terjedési sebessége esetén irányuk megváltozik a két közeg határfelületén. . Ha a vákuumban mért fénysebességet elosztjuk a vizsgált anyagban lévő fénysebességgel, akkor megkapjuk az abszolút törésmutatót (törésmutatót). A gyakorlatban a relatív törésmutatót (n) határozzák meg, amely a levegőben lévő fénysebesség és a vizsgált anyagban lévő fénysebesség aránya.
A törésmutatót egy speciális eszközzel - refraktométerrel - határozzák meg.
A refraktometria az egyik legegyszerűbb módszer fizikai elemzésés minőségellenőrző laboratóriumokban felhasználható vegyi, élelmiszer-, biológiailag aktív étrend-kiegészítők, kozmetikumok és egyéb típusú termékek előállításánál minimális idő és mintaszám mellett.
A refraktométer kialakítása azon alapul, hogy a fénysugarak teljesen visszaverődnek, amikor áthaladnak két közeg határán (az egyik üvegprizma, a másik a tesztoldat) (3. ábra).
| Rizs. 3. A refraktométer vázlata |
A forrásból (1) a fénysugár a tükörfelületre (2) esik, majd visszaverve a felső világító prizmába (3), majd az alsó mérőprizmába (4), amely üvegből van. magas törésmutatóval. A (3) és (4) prizma közé kapilláris segítségével 1-2 csepp mintát csepegtetünk. Annak érdekében, hogy ne okozzon mechanikai sérülést a prizmában, ne érintse meg a felületét kapillárissal.
Az okulár (9) egy mezőt lát keresztezett vonalakkal az interfész beállításához. Az okulár mozgatásával a mezők metszéspontját a határfelülethez kell igazítani (4. ábra) Az interfész szerepét a prizma (4) síkja tölti be, melynek felületén megtörik a fénysugár. Mivel a sugarak szétszóródtak, a fény és az árnyék határa elmosódottnak, irizálónak bizonyul. Ezt a jelenséget a diszperziókompenzátor (5) kiküszöböli. Ezután a sugár áthalad a lencsén (6) és a prizmán (7). A (8) lapon irányzó vonások (két egyenes vonal keresztbe keresztezve), valamint egy törésmutatókkal ellátott skála található, amely a okulárban (9) látható. A törésmutató kiszámítására szolgál.
A mezőhatárok elválasztó vonala megfelel a belső teljes visszaverődés szögének, amely a minta törésmutatójától függ.
A refraktometriát egy anyag tisztaságának és hitelességének meghatározására használják. Ezt a módszert használják az oldatokban lévő anyagok koncentrációjának meghatározására is a minőség-ellenőrzés során, amelyet egy kalibrációs grafikonból számítanak ki (egy minta törésmutatójának a koncentrációtól való függését bemutató grafikon).
A KorolevPharmnál a törésmutatót a jóváhagyottnak megfelelően határozzák meg normatív dokumentáció az alapanyagok bemeneti ellenőrzésénél, saját gyártású kivonatoknál, valamint a késztermékek kiadásánál. A meghatározást egy akkreditált fizikai és kémiai laboratórium szakképzett munkatársai végzik IRF-454 B2M refraktométer segítségével.
Ha az alapanyagok bemeneti ellenőrzésének eredménye alapján a törésmutató nem felel meg a szükséges követelményeknek, a minőségellenőrzési osztály nem megfelelőségi okiratot állít ki, amely alapján ezt az alapanyagtételt visszaküldi a szállító.
Meghatározás módja
1. A mérések megkezdése előtt ellenőrizzük a prizmák egymással érintkező felületeinek tisztaságát.
2. Nullapont ellenőrzés. A mérőprizma felületére 2÷3 csepp desztillált vizet csepegtetünk, világító prizmával óvatosan lezárjuk. Nyissa ki a világítóablakot, és tükör segítségével állítsa a fényforrást a legintenzívebb irányba. Az okulár csavarjait elforgatva világos, éles különbséget kapunk a sötét és világos mezők között a látómezőben. Elforgatjuk a csavart, és úgy irányítjuk az árnyék és a fény vonalát, hogy az egybeessen azzal a ponttal, ahol a vonalak metszéspontját a szemlencse felső ablakában. A szemlencse alsó ablakában lévő függőleges vonalon a kívánt eredményt látjuk - a 20 ° C-on desztillált víz törésmutatóját (1,333). Ha a leolvasások eltérőek, állítsuk a csavart törésmutatóra 1,333-ra, és egy kulcs segítségével (eltávolítjuk az állítócsavart) hozzuk az árnyék és a fény határát a vonalak metszéspontjához.
3. Határozza meg a törésmutatót! Emelje fel a prizma világítás kamráját és távolítsa el a vizet szűrőpapírral vagy gézszalvétával. Ezután cseppentsen 1-2 csepp tesztoldatot a mérőprizma felületére, és zárja le a kamrát. Addig forgatjuk a csavarokat, amíg az árnyék és a fény határai egybe nem esnek a vonalak metszéspontjával. A szemlencse alsó ablakában lévő függőleges vonalon a kívánt eredményt látjuk - a vizsgálati minta törésmutatóját. A törésmutatót a szemlencse alsó ablakában található skálán számítjuk ki.
4. A kalibrációs grafikon segítségével megállapítjuk az oldat koncentrációja és a törésmutató közötti összefüggést. A grafikon felépítéséhez több koncentrációjú standard oldatot kell készíteni kémiailag tiszta anyagok készítményeivel, meg kell mérni azok törésmutatóját, és a kapott értékeket az ordináta tengelyen ábrázolni, az oldatok megfelelő koncentrációit pedig az abszcissza tengelyen kell ábrázolni. Ki kell választani azokat a koncentráció-intervallumokat, amelyeknél lineáris összefüggés figyelhető meg a koncentráció és a törésmutató között. Megmérjük a vizsgált minta törésmutatóját, és a grafikon segítségével meghatározzuk a koncentrációját.
A 8. osztályos fizika szakon a fénytörés jelenségével ismerkedtél. Most már tudod, hogy a fény egy bizonyos frekvenciatartományú elektromágneses hullám. A fény természetére vonatkozó ismeretek alapján képes lesz megérteni a fénytörés fizikai okát és megmagyarázni sok más, ezzel kapcsolatos fényjelenséget.
Rizs. 141. Egyik közegből a másikba áthaladva a nyaláb megtörik, azaz megváltoztatja a terjedési irányt
A fénytörés törvénye szerint (141. ábra):
- a két közeg közötti határfelületre a sugár beesési pontjában beeső, megtört és merőlegesen húzott sugarak ugyanabban a síkban helyezkednek el; a beesési szög szinuszának a törésszög szinuszához viszonyított aránya állandó érték ennek a két közegnek
ahol n 21 a második közeg relatív törésmutatója az elsőhöz viszonyítva.
Ha a nyaláb vákuumból bármilyen közegbe jut, akkor
ahol n a második közeg abszolút törésmutatója (vagy egyszerűen törésmutatója). Ebben az esetben az első "környezet" a vákuum, amelynek abszolút indexét egynek vesszük.
A fénytörés törvényét Willebord Snellius holland tudós empirikusan fedezte fel 1621-ben. A törvényt egy optikáról szóló értekezésben fogalmazták meg, amely a tudós halála után megjelent irataiban található.
Snell felfedezése után több tudós is felvetette azt a hipotézist, hogy a fény törése annak köszönhető, hogy a fény sebessége megváltozik, amikor áthalad két közeg határán. E hipotézis érvényességét Pierre Fermat francia matematikus (1662-ben) és Christian Huygens holland fizikus (1690-ben) egymástól függetlenül elvégzett elméleti bizonyítása igazolta. Különböző utakon ugyanarra az eredményre jutottak, ami ezt bizonyítja
- a beesési szög szinuszának és a törésszög szinuszának aránya állandó érték e két közeg esetében, egyenlő az aránnyal fénysebesség ezekben a közegekben:
A (3) egyenletből az következik, hogy ha a β törésszög kisebb, mint az a beesési szög, akkor egy adott frekvenciájú fény a második közegben lassabban terjed, mint az elsőben, azaz V 2 A (3) egyenletben szereplő mennyiségek kapcsolata jó okot adott a relatív törésmutató definíciójának egy másik megfogalmazásának megjelenésére: n 21 \u003d v 1 / v 2 (4) Hagyja, hogy egy fénysugár vákuumból valamilyen közegbe jusson. Ha a (4) egyenletben v1-et a c vákuumban mért fénysebességgel, v 2-t pedig v közegben mért fénysebességgel helyettesítjük, akkor az (5) egyenletet kapjuk, amely az abszolút törésmutató definíciója: A (4) és (5) egyenlet szerint n 21 azt mutatja meg, hogy a fény sebessége hányszor változik, amikor egyik közegből a másikba, és n - amikor vákuumból közegbe megy át. Ez a törésmutatók fizikai jelentése. Bármely anyag n abszolút törésmutatójának értéke nagyobb az egységnél (ezt a fizikai referenciakönyvek táblázataiban szereplő adatok is megerősítik). Ekkor az (5) egyenlet szerint c/v > 1 és c > v, azaz bármely anyagban a fény sebessége kisebb, mint a vákuumban mért fénysebesség. Anélkül, hogy szigorú indoklást adnánk (ezek bonyolultak és nehézkesek), megjegyezzük, hogy a fénysebesség csökkenésének oka a vákuumból az anyagba való átmenet során a fényhullám kölcsönhatása az atomokkal és az anyag molekuláival. Minél nagyobb az anyag optikai sűrűsége, annál erősebb ez a kölcsönhatás, annál kisebb a fénysebesség és annál nagyobb a törésmutató. Így egy közegben a fény sebességét és az abszolút törésmutatót ennek a közegnek a tulajdonságai határozzák meg. Az anyagok törésmutatóinak számszerű értékei alapján összehasonlítható optikai sűrűségük. Például a különböző típusú üvegek törésmutatója 1,470 és 2,040 között van, míg a víz törésmutatója 1,333. Ez azt jelenti, hogy az üveg optikailag sűrűbb közeg, mint a víz. Térjünk át a 142. ábrára, melynek segítségével megmagyarázhatjuk, hogy két közeg határán a sebesség változásával miért változik meg a fényhullám terjedési iránya is. Rizs. 142. Amikor a fényhullámok levegőből vízbe kerülnek, a fény sebessége csökken, a hullám eleje és vele együtt a sebessége irányt változtat Az ábrán egy fényhullám látható, amely a levegőből a vízbe megy át, és a közegek közötti határfelületre a szögben esik. Levegőben a fény v 1 sebességgel, vízben v 2 lassabb sebességgel terjed. A hullám A pontja éri el először a határt. Egy Δt idő alatt a levegőben azonos v 1 sebességgel mozgó B pont eléri a B pontot. "Ugyanakkor a vízben kisebb v 2 sebességgel haladó A pont rövidebb távolságot tesz meg. , csak az A pontot éri el". Ebben az esetben a vízben lévő úgynevezett A "B" hullámfront egy bizonyos szögben elfordul a levegőben lévő AB hullám frontjához képest. A sebességvektor pedig (amely mindig merőleges a hullámfrontra és egybeesik terjedésének irányával) az OO" egyeneshez közelítve, a közegek határfelületére merőlegesen forog. Ebben az esetben a β törésszög kisebb mint az α beesési szög. Így történik a fény törése. Az ábráról az is látható, hogy egy másik közegbe való áttéréssel és a hullámfront forgásával a hullámhossz is megváltozik: optikailag sűrűbb közegbe való átálláskor a sebesség csökken, a hullámhossz is csökken (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. Ez a cikk felfedi az olyan optika fogalmának a lényegét, mint a törésmutató. Adjuk az érték megszerzésének képleteit, rövid áttekintést adunk az elektromágneses hullám törés jelenségének alkalmazásáról. A civilizáció hajnalán az emberek feltették a kérdést: hogyan lát a szem? Azt sugallják, hogy egy személy olyan sugarakat bocsát ki, amelyek érzik a környező tárgyakat, vagy fordítva, minden dolog bocsát ki ilyen sugarakat. Erre a kérdésre a választ a XVII. Az optikában található, és a törésmutatóhoz kapcsolódik. A különböző átlátszatlan felületekről visszaverődő és a határon átlátszókkal megtörő fény lehetőséget ad az embernek a látásra. Bolygónkat a Nap fénye borítja. És pontosan a fotonok hullámtermészetéhez kapcsolódik egy olyan fogalom, mint az abszolút törésmutató. Amikor vákuumban terjed, a foton nem ütközik akadályba. A bolygón a fény sokféle sűrűbb közeggel találkozik: a légkörrel (gázkeverék), vízzel, kristályokkal. Elektromágneses hullám lévén, a fény fotonjai vákuumban egy fázissebességgel rendelkeznek (jelöljük c), és a környezetben - egy másik (jelölve v). Az első és a második arányát abszolút törésmutatónak nevezzük. A képlet így néz ki: n = c / v. Érdemes definiálni az elektromágneses közeg fázissebességét. Ellenkező esetben értse meg, mi a törésmutató n, ez tiltott. A fény fotonja hullám. Tehát úgy ábrázolható, mint egy energiacsomag, amely oszcillál (képzelje el egy szinuszos szegmensét). Fázis - ez a szinusz azon szegmense, amelyen a hullám egy adott időpontban áthalad (emlékezzen arra, hogy ez fontos egy ilyen mennyiség, például a törésmutató megértéséhez). Például egy fázis lehet maximum egy szinusz vagy a meredekségének néhány szegmense. A hullám fázissebessége az a sebesség, amellyel az adott fázis mozog. Amint a törésmutató definíciója megmagyarázza, a vákuum és a közeg esetében ezek az értékek különböznek. Ráadásul minden környezetnek megvan a maga értéke ennek a mennyiségnek. Bármely átlátszó vegyület összetételétől függetlenül törésmutatója minden más anyagétól eltérő. Fentebb már bemutattuk, hogy az abszolút értéket a vákuumhoz viszonyítva mérjük. Ez azonban bolygónkon nehéz: a fény gyakrabban üti meg a levegő és a víz vagy a kvarc és a spinell határát. Amint fentebb említettük, ezeknek a közegeknek a törésmutatója eltérő. Foton a levegőben fény jön egy irányban és egy fázissebességgel rendelkezik (v 1), de a vízbe kerülve megváltoztatja a terjedési irányt és a fázissebességet (v 2). Azonban mindkét irány ugyanabban a síkban van. Ez nagyon fontos annak megértéséhez, hogyan alakul ki a környező világ képe a szem retináján vagy a kamera mátrixán. A két abszolút érték aránya adja a relatív törésmutatót. A képlet így néz ki: n 12 \u003d v 1 / v 2. De mi van akkor, ha a fény éppen ellenkezőleg, kijön a vízből és belép a levegőbe? Ekkor ezt az értéket az n 21 = v 2 / v 1 képlet határozza meg. A relatív törésmutatók szorzásakor n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1. Ez az arány bármely közegpárra igaz. A relatív törésmutatót a beesési és törési szögek szinuszaiból n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2 találhatjuk meg. Ne felejtse el, hogy a szögeket a normáltól a felületig számolja. Normál az a vonal, amely merőleges a felületre. Vagyis ha a probléma adott egy szöget α
magához a felülethez képest esik, akkor (90 - α) szinuszát kell figyelembe venni. Nyugodt napsütéses napon a tó fenekén vakító fények játszanak. Sötétkék jég borítja a sziklát. Egy nő kezén a gyémánt több ezer szikrát szór. Ezek a jelenségek annak a következményei, hogy az átlátszó közegek minden határának relatív törésmutatója van. Ez a jelenség az esztétikai élvezet mellett gyakorlati alkalmazásokra is használható. Íme néhány példa: A Nap azonban nem csak a látható spektrumban lát el minket fotonokkal. Az infravörös, ultraibolya, röntgensugárzás tartományát az emberi látás nem érzékeli, de hatással vannak életünkre. Az infravörös sugarak melegen tartanak bennünket, az UV-fotonok ionizálják a felső légkört, és lehetővé teszik a növények számára, hogy fotoszintézis útján oxigént termeljenek. És hogy a törésmutató mennyivel egyenlő, az nemcsak az anyagoktól függ, amelyek között a határ húzódik, hanem a beeső sugárzás hullámhosszától is. A szövegkörnyezetből általában egyértelmű, hogy melyik értékre utalunk. Vagyis ha a könyv figyelembe veszi a röntgensugárzást és annak egy személyre gyakorolt hatását, akkor n ott erre a tartományra van definiálva. Általában azonban az elektromágneses hullámok látható spektrumát értjük alatta, hacsak nincs másképp meghatározva. Mint a fentiekből kiderült, transzparens környezetekről beszélünk. Példaként levegőt, vizet, gyémántot említettünk. De mi a helyzet a fával, gránittal, műanyaggal? Létezik nekik olyan, hogy törésmutató? A válasz összetett, de általában igen. Mindenekelőtt mérlegelnünk kell, hogy milyen fénnyel van dolgunk. A látható fotonok számára átlátszatlan közegeket röntgen- vagy gamma-sugárzás vágja át. Vagyis ha mindannyian szuperemberek lennénk, akkor az egész világ átlátszó lenne számunkra, de bent változó mértékben. Például a betonból készült falak nem lennének sűrűbbek a kocsonyánál, a fém szerelvények pedig sűrűbb gyümölcsdaraboknak tűnnének. Másoknak elemi részecskék, müonok, bolygónk általában átlátszó. Egy időben a tudósok sok gondot hoztak, hogy bebizonyítsák létezésük tényét. A müonok minden másodpercben milliókat hatolnak át belénk, de annak a valószínűsége, hogy egyetlen részecske összeütközik az anyaggal, nagyon kicsi, és ezt nagyon nehéz helyrehozni. A Bajkál egyébként hamarosan a müonok "elfogásának" helyévé válik. Mély és tiszta vize ideális erre - főleg télen. A lényeg az, hogy az érzékelők ne fagyjanak le. Így van értelme a beton törésmutatójának, például a röntgenfotonok esetében. Sőt, egy anyag röntgensugárzása az egyik legpontosabb és legfontosabb módszer a kristályok szerkezetének vizsgálatára. Azt is érdemes megjegyezni, hogy matematikai értelemben azoknak az anyagoknak, amelyek egy adott tartományban átlátszatlanok, van képzeletbeli törésmutatója. Végül meg kell érteni, hogy egy anyag hőmérséklete is befolyásolhatja az átlátszóságát.Kérdések
Gyakorlat
Láthatóság és törésmutató
Fény és törésmutató
Fázis sebessége
Abszolút és relatív törésmutató
A törésmutató szépsége és alkalmazásai
Hullámhossz
Törésmutató és visszaverődés
