Միջավայրի բեկման ինդեքսը վակուումի նկատմամբ, այսինքն՝ լույսի ճառագայթների վակուումից միջավայրի անցման դեպքում կոչվում է բացարձակ և որոշվում է (27.10) բանաձևով՝ n=c/v։
Հաշվարկներում բացարձակ բեկման ինդեքսները վերցվում են աղյուսակներից, քանի որ դրանց արժեքը որոշվում է բավականին ճշգրիտ՝ օգտագործելով փորձերը: Քանի որ c-ն մեծ է v-ից, ուրեմն բացարձակ ցուցանիշբեկումը միշտ ավելի մեծ է, քան միասնությունը:
Եթե լույսի ճառագայթումը վակուումից անցնում է միջավայր, ապա բեկման երկրորդ օրենքի բանաձևը գրվում է հետևյալ կերպ.
sin i/sin β = n. (29.6)
Բանաձևը (29.6) հաճախ օգտագործվում է նաև պրակտիկայում, երբ ճառագայթները օդից անցնում են միջավայր, քանի որ օդում լույսի տարածման արագությունը շատ քիչ է տարբերվում c-ից: Դա երևում է նրանից, որ օդի բացարձակ բեկման ինդեքսը 1,0029 է։
Երբ ճառագայթը միջավայրից անցնում է վակուում (դեպի օդ), ապա բեկման երկրորդ օրենքի բանաձևը ստանում է ձևը.
sin i/sin β = 1/n. (29.7)
Այս դեպքում ճառագայթները, երբ հեռանում են միջավայրից, անպայման հեռանում են միջավայրի և վակուումի միջերեսին ուղղահայացից։
Պարզեք, թե ինչպես գտնել հարաբերական ցուցանիշբեկման ինդեքսը n21 բացարձակ բեկման ինդեքսներով: Թող լույսը անցնի n1 բացարձակ ինդեքս ունեցող միջավայրից դեպի n2 բացարձակ ինդեքս ունեցող միջավայր։ Ապա n1 = c/V1 ևn2 = s/v2, որտեղից.
n2/n1=v1/v2=n21: (29.8)
Նման դեպքի համար բեկման երկրորդ օրենքի բանաձևը հաճախ գրվում է հետևյալ կերպ.
sini/sinβ = n2/n1: (29.9)
Հիշենք, որ Մաքսվելի տեսության բացարձակ ցուցիչբեկումը կարելի է գտնել n = √(με) հարաբերությունից: Քանի որ լույսի ճառագայթման նկատմամբ թափանցիկ նյութերի համար μ-ը գործնականում հավասար է միասնության, կարող ենք ենթադրել, որ.
n = √ε. (29.10)
Քանի որ տատանումների հաճախականությունը ներս լույսի ճառագայթումունի 10 14 Հց կարգ, ոչ դիպոլները, ոչ իոնները դիէլեկտրիկի մեջ, որոնք համեմատաբար մեծ զանգված ունեն, ժամանակ չունեն փոխել իրենց դիրքերը նման հաճախականությամբ, և այս պայմաններում նյութի դիէլեկտրական հատկությունները որոշվում են միայն էլեկտրոնային եղանակով: նրա ատոմների բևեռացումը. Սա բացատրում է ε= արժեքի տարբերությունըn 2-ից (29.10) և ε st էլեկտրաստատիկայում:Այսպիսով, ջրի համար ε \u003d n 2 \u003d 1.77, և ε st \u003d 81; իոնային պինդ դիէլեկտրիկ NaCl ε=2,25, իսկ ε st =5,6։ Երբ նյութը բաղկացած է միատարր ատոմներից կամ ոչ բևեռ մոլեկուլներից, այսինքն՝ այն չունի ոչ իոններ, ոչ բնական դիպոլներ, ապա դրա բևեռացումը կարող է լինել միայն էլեկտրոնային: Նմանատիպ նյութերի համար ε (29.10) և ε st-ը համընկնում են: Նման նյութի օրինակ է ադամանդը, որը բաղկացած է միայն ածխածնի ատոմներից։
Նկատի ունեցեք, որ բացարձակ բեկման ցուցիչի արժեքը, բացի նյութի տեսակից, կախված է նաև տատանումների հաճախականությունից կամ ճառագայթման ալիքի երկարությունից. . Քանի որ ալիքի երկարությունը նվազում է, որպես կանոն, բեկման ինդեքսը մեծանում է։
ԴԱՍԱԽՈՍԵԼՈՒ №24
«ՎԵՐԼՈՒԾՈՒԹՅԱՆ ԳՈՐԾԻՔԱՅԻՆ ՄԵԹՈԴՆԵՐ».
REFRACTOMETRY.
Գրականություն:
1. Վ.Դ. Պոնոմարև» Անալիտիկ քիմիա» 1983 246-251
2. Ա.Ա. Իշչենկո «Անալիտիկ քիմիա» 2004 էջ 181-184
REFRACTOMETRY.
Ռեֆրակտոմետրիան ամենապարզներից մեկն է ֆիզիկական մեթոդներանալիզ նվազագույն քանակությամբ անալիտով և իրականացվում է շատ կարճ ժամանակում։
Ռեֆրակտոմետրիա- մեթոդ, որը հիմնված է բեկման կամ բեկման երևույթի վրա, այսինքն. լույսի տարածման ուղղության փոփոխություն մեկ միջավայրից մյուսն անցնելիս։
Բեկումը, ինչպես նաև լույսի կլանումը միջավայրի հետ դրա փոխազդեցության հետևանք է։ Ռեֆրակտոմետրիա բառը նշանակում է չափում լույսի բեկում, որը գնահատվում է բեկման ինդեքսի արժեքով։
Refractive ինդեքսի արժեքը nկախված է
1) նյութերի և համակարգերի բաղադրության մասին.
2) -ից ինչ կոնցենտրացիայի դեպքում իսկ թե ինչ մոլեկուլների է հանդիպում լույսի ճառագայթն իր ճանապարհին, քանի որ Լույսի ազդեցության տակ տարբեր նյութերի մոլեկուլները բևեռացվում են տարբեր ձևերով։ Հենց այս կախվածության վրա է հիմնված ռեֆրակտոմետրիկ մեթոդը:
Այս մեթոդն ունի մի շարք առավելություններ, որոնց արդյունքում այն լայն կիրառություն է գտել ինչպես քիմիական հետազոտությունների, այնպես էլ տեխնոլոգիական գործընթացների վերահսկման մեջ։
1) Չափման ռեֆրակցիոն ցուցանիշները բարձր են պարզ գործընթաց, որն իրականացվում է ճշգրիտ և նվազագույն ժամանակով և նյութի քանակով։
2) Սովորաբար ռեֆրակտոմետրերը ապահովում են մինչև 10% ճշգրտություն լույսի բեկման ինդեքսը և անալիտի պարունակությունը որոշելիս.
Ռեֆրակտոմետրիայի մեթոդը օգտագործվում է իսկությունը և մաքրությունը վերահսկելու, նույնականացնելու համար առանձին նյութեր, որոշել օրգանական և անօրգանական միացությունների կառուցվածքը լուծույթների ուսումնասիրության ժամանակ։ Ռեֆրակտոմետրիան օգտագործվում է երկու բաղադրիչ լուծույթների բաղադրությունը որոշելու և եռյակ համակարգերի համար:
Ֆիզիկական հիմքերմեթոդ
ՌԵՖՐԱԿՏԻՈՆ ՑՈՒՑԻՉ.
Լույսի ճառագայթի շեղումն իր սկզբնական ուղղությունից, երբ այն անցնում է մի միջավայրից մյուսը, այնքան մեծ է, այնքան մեծ է լույսի տարածման արագությունների տարբերությունը երկուսում։
այս միջավայրերը:
Դիտարկենք լույսի ճառագայթի բեկումը ցանկացած երկու I և II թափանցիկ միջավայրերի սահմանին (տե՛ս նկ.): Եկեք համաձայնենք, որ միջին II-ն ունի ավելի մեծ բեկման ուժ և, հետևաբար, n 1Եվ n 2- ցույց է տալիս համապատասխան կրիչի բեկումը: Եթե I միջավայրը ոչ վակուում է, ոչ էլ օդ, ապա լույսի ճառագայթի անկման անկյան մեղքի և բեկման անկյան մեղքի հարաբերակցությունը կտա հարաբերական բեկման ինդեքսը n rel: արժեքը n rel. կարող է սահմանվել նաև որպես դիտարկվող մեդիայի բեկման ինդեքսների հարաբերակցություն:
n rel. = ----- = ---
Refractive ինդեքսի արժեքը կախված է
1) նյութերի բնույթը
Նյութի բնույթն այս դեպքում որոշվում է լույսի ազդեցության տակ նրա մոլեկուլների դեֆորմացիայի աստիճանով՝ բևեռացման աստիճանով: Որքան ավելի ինտենսիվ է բևեռացումը, այնքան ավելի ուժեղ է լույսի բեկումը:
2)պատահական լույսի ալիքի երկարությունը
բեկման ինդեքսի չափումն իրականացվում է 589,3 նմ լույսի ալիքի երկարությամբ (նատրիումի սպեկտրի D գիծ)։
Լույսի ալիքի երկարությունից բեկման ցուցիչի կախվածությունը կոչվում է դիսպերսիա։ Որքան կարճ է ալիքի երկարությունը, այնքան մեծ է բեկումը. Հետեւաբար, տարբեր ալիքի երկարությունների ճառագայթները տարբեր կերպ են բեկվում:
3)ջերմաստիճանը որտեղ կատարվում է չափումը. բեկման ինդեքսը որոշելու նախապայման է համապատասխանությունը ջերմաստիճանի ռեժիմին: Սովորաբար որոշումը կատարվում է 20±0,3 0 С ջերմաստիճանում։
Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց բեկման ինդեքսը նվազում է, իսկ ջերմաստիճանի նվազման հետ այն մեծանում է։.
Ջերմաստիճանի ուղղումը հաշվարկվում է հետևյալ բանաձևով.
n t \u003d n 20 + (20-t) 0,0002, որտեղ
n t -Ցտեսություն բեկման ինդեքսը տվյալ ջերմաստիճանում,
n 20 - բեկման ինդեքսը 20 0 C-ում
Ջերմաստիճանի ազդեցությունը գազերի և հեղուկների բեկման ինդեքսների արժեքների վրա կապված է դրանց ծավալային ընդլայնման գործակիցների արժեքների հետ: Բոլոր գազերի և հեղուկների ծավալը տաքացնելիս մեծանում է, խտությունը նվազում է և, հետևաբար, ցուցանիշը նվազում է.
բեկման ինդեքսը, որը չափվում է 20 0 C ջերմաստիճանում և լույսի ալիքի երկարությունը 589,3 նմ, նշվում է ինդեքսով n D 20
Միատարր երկբաղադրիչ համակարգի բեկման ցուցիչի կախվածությունը նրա վիճակից հաստատվում է փորձարարական եղանակով՝ որոշելով բեկման ինդեքսը մի շարք ստանդարտ համակարգերի համար (օրինակ՝ լուծումներ), որոնցում հայտնի է բաղադրիչների պարունակությունը։
4) նյութի կոնցենտրացիան լուծույթում.
Շատերի համար ջրային լուծույթներնյութերը, բեկման ինդեքսները տարբեր կոնցենտրացիաներում և ջերմաստիճաններում հուսալիորեն չափվում են, և այդ դեպքերում կարող եք օգտագործել հղումը ռեֆրակտոմետրիկ աղյուսակներ. Պրակտիկան ցույց է տալիս, որ երբ լուծված նյութի պարունակությունը չի գերազանցում 10-20%-ը, գրաֆիկական մեթոդի հետ մեկտեղ, շատ դեպքերում հնարավոր է օգտագործել. գծային հավասարումտիպ:
n=n o +FC,
n-լուծույթի բեկման ինդեքսը,
ոչմաքուր լուծիչի բեկման ինդեքսն է,
Գ- լուծված նյութի կոնցենտրացիան,%
Ֆ-էմպիրիկ գործակից, որի արժեքը հայտնաբերված է
հայտնի կոնցենտրացիայի լուծույթների բեկման ինդեքսների որոշմամբ։
REFRACTOMERS.
Ռեֆրակտոմետրերը սարքեր են, որոնք օգտագործվում են բեկման ինդեքսը չափելու համար: Գոյություն ունեն այս գործիքների 2 տեսակ՝ Abbe տիպի ռեֆրակտոմետր և Pulfrich տիպ։ Ե՛վ դրանցում, և՛ մյուսներում չափումները հիմնված են բեկման սահմանափակող անկյան մեծության որոշման վրա։ Գործնականում օգտագործվում են տարբեր համակարգերի ռեֆրակտոմետրեր՝ լաբորատոր-RL, ունիվերսալ RLU և այլն։
Թորած ջրի բեկման ինդեքսը n 0 \u003d 1.33299, գործնականում այս ցուցանիշը վերցնում է որպես n 0: =1,333.
Ռեֆրակտոմետրերի աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է բեկման ցուցիչի որոշման վրա սահմանափակող անկյան մեթոդով (լույսի ընդհանուր արտացոլման անկյուն):
Ձեռքի ռեֆրակտոմետր
Refractometer Abbe
Ռեֆրակցիան կամ բեկումը մի երևույթ է, երբ լույսի ճառագայթի կամ այլ ալիքների ուղղության փոփոխությունը տեղի է ունենում, երբ նրանք հատում են երկու միջավայրերը բաժանող սահմանը՝ և՛ թափանցիկ (այս ալիքները փոխանցող), և՛ միջավայրի ներսում, որի հատկությունները շարունակաբար փոխվում են։ .
Մենք բավականին հաճախ ենք բախվում բեկման երևույթին և այն ընկալում որպես սովորական երևույթ. տեսնում ենք, որ գունավոր հեղուկով թափանցիկ ապակու մեջ տեղադրված փայտիկը «կոտրվում է» օդի և ջրի բաժանման կետում (նկ. 1): Երբ լույսը բեկվում և անդրադարձվում է անձրևի ժամանակ, մենք ուրախանում ենք, երբ տեսնում ենք ծիածանը (նկ. 2):
բեկման ինդեքսը նյութի կարևոր հատկանիշն է, որը կապված է դրա հետ ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ. Դա կախված է ջերմաստիճանի արժեքներից, ինչպես նաև լույսի ալիքների ալիքի երկարությունից, որոնցում կատարվում է որոշումը։ Համաձայն լուծույթի որակի վերահսկման տվյալների՝ բեկման ինդեքսը ազդում է դրանում լուծված նյութի կոնցենտրացիայից, ինչպես նաև լուծիչի բնույթից: Մասնավորապես, արյան շիճուկի բեկման ինդեքսը ազդում է դրանում պարունակվող սպիտակուցի քանակից, ինչը պայմանավորված է նրանով, որ տարբեր խտություններ ունեցող միջավայրերում լույսի ճառագայթների տարածման տարբեր արագության դեպքում դրանց ուղղությունը փոխվում է երկու միջավայրերի միջերեսում: . Եթե վակուումում լույսի արագությունը բաժանենք ուսումնասիրվող նյութի լույսի արագության վրա, ապա կստանանք բեկման բացարձակ ինդեքսը (բեկման ինդեքս): Գործնականում որոշվում է հարաբերական բեկման ինդեքսը (n), որը օդում լույսի արագության և ուսումնասիրվող նյութի լույսի արագության հարաբերակցությունն է։
բեկման ինդեքսը չափվում է հատուկ սարքի միջոցով՝ ռեֆրակտոմետր:
Ռեֆրակտոմետրիան ամենահեշտ մեթոդներից մեկն է ֆիզիկական վերլուծությունև կարող է օգտագործվել որակի վերահսկման լաբորատորիաներում քիմիական, սննդի, կենսաբանորեն ակտիվ սննդային հավելումների, կոսմետիկայի և այլ տեսակի ապրանքների արտադրության մեջ՝ նվազագույն ժամանակով և նմուշների քանակով:
Ռեֆրակտոմետրի նախագծման հիմքում ընկած է այն փաստը, որ լույսի ճառագայթներն ամբողջությամբ արտացոլվում են, երբ անցնում են երկու միջավայրերի սահմանով (դրանցից մեկը ապակե պրիզմա է, մյուսը՝ փորձնական լուծում) (նկ. 3):
| Բրինձ. 3. Ռեֆրակտոմետրի սխեման |
Աղբյուրից (1) լույսի ճառագայթը ընկնում է հայելու մակերեսի վրա (2), այնուհետև, անդրադարձվելով, անցնում է վերին լուսավորող պրիզմա (3), ապա ստորին չափիչ պրիզմա (4), որը պատրաստված է ապակուց։ բարձր բեկման ինդեքսով: (3) և (4) պրիզմաների միջև նմուշի 1-2 կաթիլ կիրառվում է մազանոթի միջոցով: Պրիզմային մեխանիկական վնաս չպատճառելու համար անհրաժեշտ է դրա մակերեսին չդիպչել մազանոթով։
Ակնափայտը (9) տեսնում է խաչված գծերով դաշտ՝ միջերեսը սահմանելու համար: Օկուպը շարժելով դաշտերի հատման կետը պետք է համապատասխանեցվի միջերեսին (նկ. 4), միջերեսի դերը կատարում է պրիզմայի հարթությունը (4), որի մակերեսին բեկվում է լույսի ճառագայթը։ Քանի որ ճառագայթները ցրված են, լույսի և ստվերի սահմանը պարզվում է, որ մշուշոտ է, ծիածանագույն: Այս երևույթը վերացվում է ցրման փոխհատուցիչով (5): Այնուհետև ճառագայթն անցնում է ոսպնյակի (6) և պրիզմայի միջով (7): Թիթեղի վրա (8) կան տեսողական հարվածներ (երկու ուղիղ գծեր՝ խաչաձև հատված), ինչպես նաև բեկման ցուցիչներով սանդղակ, որը դիտվում է ակնաբույժում (9)։ Այն օգտագործվում է բեկման ինդեքսը հաշվարկելու համար։
Դաշտի սահմանների բաժանարար գիծը կհամապատասխանի ներքին ընդհանուր արտացոլման անկյունին, որը կախված է նմուշի բեկման ինդեքսից։
Ռեֆրակտոմետրիան օգտագործվում է նյութի մաքրությունը և իսկությունը որոշելու համար: Այս մեթոդը օգտագործվում է նաև որակի հսկողության ընթացքում լուծույթներում նյութերի կոնցենտրացիան որոշելու համար, որը հաշվարկվում է տրամաչափման գրաֆիկից (գրաֆիկ, որը ցույց է տալիս նմուշի բեկման ցուցիչի կախվածությունը դրա կոնցենտրացիայից):
KorolevPharm-ում բեկման ինդեքսը որոշվում է համաձայն հաստատվածի նորմատիվ փաստաթղթերհումքի մուտքային հսկողության, մեր սեփական արտադրության քաղվածքների, ինչպես նաև պատրաստի արտադրանքի թողարկման ժամանակ: Որոշումը կատարվում է հավատարմագրված ֆիզիկական և քիմիական լաբորատորիայի որակավորված աշխատակիցների կողմից՝ օգտագործելով IRF-454 B2M ռեֆրակտոմետր:
Եթե հումքի մուտքային հսկողության արդյունքների հիման վրա բեկման ինդեքսը չի բավարարում անհրաժեշտ պահանջներին, ապա որակի վերահսկողության բաժինը կազմում է անհամապատասխանության մասին ակտ, որի հիման վրա հումքի այս խմբաքանակը վերադարձվում է. մատակարարը։
Որոշման մեթոդ
1. Չափումները սկսելուց առաջ ստուգվում է միմյանց հետ շփվող պրիզմաների մակերեսների մաքրությունը։
2. Զրոյական կետի ստուգում. Չափիչ պրիզմայի մակերեսին քսում ենք 2÷3 կաթիլ թորած ջուր, խնամքով փակում լուսավորող պրիզմայով։ Բացեք լուսավորման պատուհանը և հայելու միջոցով կարգավորեք լույսի աղբյուրը առավել ինտենսիվ ուղղությամբ: Օկուպի պտուտակները պտտելով՝ մենք հստակ, հստակ տարբերում ենք մուգ և թեթև դաշտերը նրա տեսադաշտում: Մենք պտտում ենք պտուտակը և ուղղում ստվերի և լույսի գիծը այնպես, որ այն համընկնի այն կետի հետ, որտեղ գծերը հատվում են ակնոցի վերին պատուհանում: Օկուպի ստորին պատուհանի ուղղահայաց գծի վրա մենք տեսնում ենք ցանկալի արդյունքը` 20 ° C-ում թորած ջրի բեկման ինդեքսը (1,333): Եթե ցուցումները տարբեր են, ապա պտուտակը բեկման ցուցիչի վրա դնում ենք 1.333, իսկ բանալիի օգնությամբ (հեռացնում ենք կարգավորիչ պտուտակը) ստվերի և լույսի եզրագիծը հասցնում ենք գծերի հատման կետին։
3. Որոշեք բեկման ինդեքսը: Բարձրացրեք պրիզմայի լուսավորության խցիկը և ջուրը հանեք ֆիլտր թղթի կամ շղարշի անձեռոցիկով: Այնուհետև փորձարկման լուծույթից 1-2 կաթիլ քսեք չափիչ պրիզմայի մակերեսին և փակեք խցիկը: Պտուտակները պտտում ենք այնքան, մինչև ստվերի և լույսի սահմանները համընկնեն գծերի հատման կետին։ Ակնոցի ստորին պատուհանի ուղղահայաց գծի վրա մենք տեսնում ենք ցանկալի արդյունքը` փորձանմուշի բեկման ինդեքսը: Մենք հաշվարկում ենք բեկման ինդեքսը սանդղակի վրա ակնապի ստորին պատուհանում:
4. Օգտագործելով տրամաչափման գրաֆիկը՝ մենք կապ ենք հաստատում լուծույթի կոնցենտրացիայի և բեկման ինդեքսի միջև։ Գրաֆիկ կառուցելու համար անհրաժեշտ է պատրաստել մի քանի կոնցենտրացիաների ստանդարտ լուծույթներ՝ օգտագործելով քիմիապես մաքուր նյութերի պատրաստուկներ, չափել դրանց բեկման ինդեքսները և ստացված արժեքները գծագրել օրդինատների առանցքի վրա, իսկ լուծույթների համապատասխան կոնցենտրացիաները գծագրել աբսցիսային առանցքի վրա: Անհրաժեշտ է ընտրել կոնցենտրացիայի այն միջակայքերը, որոնց դեպքում նկատվում է գծային կապ կոնցենտրացիայի և բեկման ինդեքսի միջև։ Մենք չափում ենք փորձանմուշի բեկման ինդեքսը և գրաֆիկով որոշում ենք դրա կոնցենտրացիան:
8-րդ դասարանի ֆիզիկայի դասընթացում ծանոթացաք լույսի բեկման երեւույթին։ Այժմ դուք գիտեք, որ լույսը որոշակի հաճախականության տիրույթի էլեկտրամագնիսական ալիքներ է: Լույսի բնույթի մասին գիտելիքների հիման վրա դուք կկարողանաք հասկանալ բեկման ֆիզիկական պատճառը և բացատրել դրա հետ կապված բազմաթիվ այլ լուսային երևույթներ:
Բրինձ. 141. Մի միջավայրից մյուսն անցնելով՝ ճառագայթը բեկվում է, այսինքն՝ փոխում է տարածման ուղղությունը.
Համաձայն լույսի բեկման օրենքի (նկ. 141).
- ճառագայթները, բեկված, բեկված և ուղղահայաց ձգված դեպի ճառագայթի անկման կետում երկու միջավայրերի միջերեսին, որոնք գտնվում են նույն հարթության վրա. անկման անկյան սինուսի և բեկման անկյան սինուսի հարաբերությունը հաստատուն արժեք է այս երկու միջավայրերի համար
որտեղ n 21-ը երկրորդ միջավայրի հարաբերական բեկման ինդեքսն է առաջինի համեմատ:
Եթե ճառագայթը վակուումից անցնում է ցանկացած միջավայրի մեջ, ապա
որտեղ n-ը երկրորդ միջավայրի բացարձակ բեկման ինդեքսն է (կամ պարզապես բեկման ինդեքսը): Այս դեպքում առաջին «միջավայրը» վակուումն է, որի բացարձակ ցուցանիշն ընդունվում է որպես մեկ։
Լույսի բեկման օրենքը էմպիրիկ կերպով հայտնաբերել է հոլանդացի գիտնական Վիլլեբորդ Սնելիուսը 1621 թվականին։ Օրենքը ձևակերպվել է օպտիկայի մասին տրակտատում, որը հայտնաբերվել է գիտնականի մահից հետո։
Սնելի հայտնաբերումից հետո մի քանի գիտնականներ առաջ քաշեցին վարկած, որ լույսի բեկումը պայմանավորված է նրա արագության փոփոխությամբ, երբ այն անցնում է երկու միջավայրերի սահմանով։ Այս վարկածի վավերականությունը հաստատվել է ֆրանսիացի մաթեմատիկոս Պիեռ Ֆերմատի (1662 թ.) և հոլանդացի ֆիզիկոս Քրիստիան Հյուգենսի (1690 թ.) անկախ կատարած տեսական ապացույցներով։ Տարբեր ճանապարհներով նրանք հասան միևնույն արդյունքին՝ դա ապացուցելով
- անկման անկյան սինուսի և բեկման անկյան սինուսի հարաբերությունը հաստատուն արժեք է այս երկու միջավայրերի համար, հարաբերակցությանը հավասարլույսի արագությունները այս լրատվամիջոցներում.
(3) հավասարումից հետևում է, որ եթե բեկման β անկյունը փոքր է a անկման անկյունից, ապա տվյալ հաճախականության լույսը երկրորդ միջավայրում ավելի դանդաղ է տարածվում, քան առաջինում, այսինքն՝ V 2. (3) հավասարման մեջ ներառված մեծությունների փոխհարաբերությունը լավ պատճառ հանդիսացավ հարաբերական բեկման ինդեքսի սահմանման մեկ այլ ձևակերպման հայտնվելու համար. n 21 \u003d v 1 / v 2 (4) Թող լույսի ճառագայթը վակուումից անցնի ինչ-որ միջավայր: Փոխարինելով v1-ը (4) հավասարման մեջ լույսի արագությամբ c վակուումում, իսկ v2-ը՝ լույսի արագությամբ v միջավայրում, մենք ստանում ենք (5) հավասարումը, որը բացարձակ բեկման ցուցիչի սահմանումն է. Համաձայն (4) և (5) հավասարումների՝ n 21-ը ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է փոխվում լույսի արագությունը, երբ այն անցնում է մի միջավայրից մյուսը, և n - երբ այն անցնում է վակուումից միջավայր։ Սա բեկման ինդեքսների ֆիզիկական նշանակությունն է։ Ցանկացած նյութի բացարձակ բեկման n արժեքն ավելի մեծ է, քան միասնությունը (դա հաստատվում է ֆիզիկական տեղեկատու գրքերի աղյուսակներում պարունակվող տվյալներով): Այնուհետև, համաձայն (5) հավասարման՝ c/v > 1 և c > v, այսինքն՝ լույսի արագությունը ցանկացած նյութում փոքր է լույսի արագությունից վակուումում: Առանց խիստ հիմնավորումներ տալու (դրանք բարդ են և ծանրաբեռնված), մենք նշում ենք, որ լույսի արագության նվազման պատճառը վակուումից նյութի անցնելիս լույսի ալիքի փոխազդեցությունն է նյութի ատոմների և մոլեկուլների հետ։ Որքան մեծ է նյութի օպտիկական խտությունը, այնքան ուժեղ է այս փոխազդեցությունը, այնքան ցածր է լույսի արագությունը և այնքան մեծ է բեկման ինդեքսը։ Այսպիսով, միջավայրում լույսի արագությունը և բեկման բացարձակ ինդեքսը որոշվում են այս միջավայրի հատկություններով։ Ըստ նյութերի բեկման ինդեքսների թվային արժեքների՝ կարելի է համեմատել դրանց օպտիկական խտությունները։ Օրինակ, ապակու տարբեր տեսակների բեկման ինդեքսները տատանվում են 1,470-ից մինչև 2,040, մինչդեռ ջրի բեկման ինդեքսը 1,333 է: Սա նշանակում է, որ ապակին օպտիկապես ավելի խիտ միջավայր է, քան ջուրը: Անդրադառնանք Նկար 142-ին, որի օգնությամբ կարող ենք բացատրել, թե ինչու երկու միջավայրերի սահմանին արագության փոփոխությամբ փոխվում է նաև լույսի ալիքի տարածման ուղղությունը։ Բրինձ. 142. Երբ լույսի ալիքները օդից ջուր են անցնում, լույսի արագությունը նվազում է, ալիքի ճակատը և դրա հետ մեկտեղ նրա արագությունը փոխում են ուղղությունը. Նկարը ցույց է տալիս լույսի ալիքը, որն օդից անցնում է ջուր և ընկնում է այս միջավայրերի միջերեսի վրա a անկյան տակ: Օդում լույսը տարածվում է v 1 արագությամբ, իսկ ջրում՝ ավելի դանդաղ v 2 արագությամբ։ Ալիքի A կետը առաջինը հասնում է սահմանին: Ժամանակի ընթացքում Δt, B կետը, օդում շարժվելով նույն արագությամբ v 1, կհասնի B կետին: «Նույն ժամանակ ջրի մեջ ավելի ցածր արագությամբ շարժվող A կետը v 2 կանցնի ավելի կարճ տարածություն. , հասնելով միայն Ա կետին»։ Այս դեպքում, այսպես կոչված, ալիքի A «B» ճակատը ջրի մեջ կպտտվի որոշակի անկյան տակ օդում AB ալիքի ճակատի նկատմամբ: Իսկ արագության վեկտորը (որը միշտ ուղղահայաց է ալիքի ճակատին և համընկնում է դրա տարածման ուղղության հետ) պտտվում է՝ մոտենալով OO ուղիղ գծին», ուղղահայաց միջավայրի միջերեսին։ Այս դեպքում β բեկման անկյունը փոքր է։ քան α անկման անկյունը Այսպես է տեղի ունենում լույսի բեկումը։ Նկարից երևում է նաև, որ մեկ այլ միջավայր անցնելիս և ալիքի ճակատի պտույտը փոխվում է նաև ալիքի երկարությունը. օպտիկականորեն ավելի խիտ միջավայրի անցնելիս արագությունը նվազում է, ալիքի երկարությունը նույնպես նվազում է (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. Այս հոդվածը բացահայտում է օպտիկայի այնպիսի հայեցակարգի էությունը, ինչպիսին է բեկման ինդեքսը: Տրված են այս արժեքի ստացման բանաձևերը, տրված է էլեկտրամագնիսական ալիքի բեկման երևույթի կիրառման համառոտ ակնարկ։ Քաղաքակրթության արշալույսին մարդիկ հարց էին տալիս՝ ինչպե՞ս է աչքը տեսնում: Ենթադրվում է, որ մարդն արձակում է ճառագայթներ, որոնք զգում են շրջապատող առարկաները, կամ, ընդհակառակը, բոլոր իրերն արձակում են այդպիսի ճառագայթներ։ Այս հարցի պատասխանը տրվել է տասնյոթերորդ դարում։ Այն պարունակվում է օպտիկայի մեջ և կապված է բեկման ցուցիչի հետ: Տարբեր անթափանց մակերևույթներից արտացոլվելով և թափանցիկներով եզրագծին բեկվելով՝ լույսը մարդուն հնարավորություն է տալիս տեսնելու։ Մեր մոլորակը պատված է Արեգակի լույսով: Եվ հենց ֆոտոնների ալիքային բնույթի հետ է կապված այնպիսի հասկացություն, ինչպիսին է բացարձակ բեկման ինդեքսը: Վակուումում տարածվելիս ֆոտոնը չի հանդիպում որևէ խոչընդոտի: Մոլորակի վրա լույսը հանդիպում է շատ տարբեր ավելի խիտ միջավայրերի՝ մթնոլորտ (գազերի խառնուրդ), ջուր, բյուրեղներ: Լինելով էլեկտրամագնիսական ալիք՝ լույսի ֆոտոնները վակուումում ունեն մեկ փուլային արագություն (նշված է գ), իսկ միջավայրում՝ մեկ այլ (նշվում է v) Առաջինի և երկրորդի հարաբերակցությունը կոչվում է բացարձակ բեկման ինդեքս: Բանաձևը հետևյալն է. n = c / v. Արժե տալ էլեկտրամագնիսական միջավայրի փուլային արագության սահմանում։ Հակառակ դեպքում հասկացեք, թե որն է բեկման ինդեքսը n, արգելված է։ Լույսի ֆոտոնը ալիք է: Այսպիսով, այն կարող է ներկայացվել որպես էներգիայի փաթեթ, որը տատանվում է (պատկերացրեք սինուսոիդի հատվածը): Փուլ - սա սինուսոիդի այն հատվածն է, որով ալիքը անցնում է տվյալ պահին (հիշենք, որ սա կարևոր է այնպիսի քանակություն հասկանալու համար, ինչպիսին է բեկման ինդեքսը): Օրինակ, փուլը կարող է լինել առավելագույնը սինուսոիդ կամ դրա թեքության որոշ հատված: Ալիքի փուլային արագությունը տվյալ փուլի շարժման արագությունն է: Ինչպես բացատրում է բեկման ինդեքսի սահմանումը, վակուումի և միջավայրի համար այս արժեքները տարբերվում են: Ավելին, յուրաքանչյուր միջավայր ունի այս քանակի իր արժեքը։ Ցանկացած թափանցիկ միացություն, ինչ բաղադրություն էլ լինի, ունի բեկման ինդեքս, որը տարբերվում է բոլոր մյուս նյութերից։ Վերևում արդեն ցույց է տրվել, որ բացարձակ արժեքը չափվում է վակուումի համեմատ: Այնուամենայնիվ, դա դժվար է մեր մոլորակի վրա. լույսն ավելի հաճախ հարվածում է օդի և ջրի կամ քվարցի և սպինելի սահմանին: Այս լրատվամիջոցներից յուրաքանչյուրի համար, ինչպես նշվեց վերևում, բեկման ինդեքսը տարբեր է: Ֆոտոն օդում լույս է գալիսմեկ ուղղությամբ և ունի մեկ փուլային արագություն (v 1), բայց ջրի մեջ մտնելով, փոխում է տարածման ուղղությունը և փուլային արագությունը (v 2): Այնուամենայնիվ, այս երկու ուղղություններն էլ գտնվում են նույն հարթության վրա: Սա շատ կարևոր է հասկանալու համար, թե ինչպես է շրջապատող աշխարհի պատկերը ձևավորվում աչքի ցանցաթաղանթի կամ տեսախցիկի մատրիցայի վրա։ Երկու բացարձակ արժեքների հարաբերակցությունը տալիս է հարաբերական բեկման ինդեքսը: Բանաձևը հետևյալն է. n 12 \u003d v 1 / v 2: Բայց եթե լույսը, ընդհակառակը, դուրս գա ջրից և մտնի օդ։ Այնուհետև այս արժեքը կորոշվի n 21 = v 2 / v 1 բանաձևով: Հարաբերական բեկման ինդեքսները բազմապատկելիս մենք ստանում ենք n 21 * n 12 \u003d (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) \u003d 1: Այս հարաբերակցությունը ճիշտ է ցանկացած զույգ կրիչի համար: Հարաբերական բեկման ինդեքսը կարելի է գտնել անկման և բեկման անկյունների սինուսներից n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2: Մի մոռացեք, որ անկյունները հաշվում են նորմալից մինչև մակերես: Նորմալը այն գիծն է, որն ուղղահայաց է մակերեսին: Այսինքն, եթե խնդրին տրվի անկյուն α
ընկնում է հենց մակերեսի համեմատ, ապա պետք է հաշվի առնել (90 - α) սինուսը: Հանգիստ արևոտ օրը շողերը խաղում են լճի հատակին: Մուգ կապույտ սառույցը ծածկում է ժայռը։ Կնոջ ձեռքին ադամանդը հազարավոր կայծեր է ցրում։ Այս երևույթները հետևանք են այն բանի, որ թափանցիկ լրատվամիջոցների բոլոր սահմաններն ունեն հարաբերական բեկման ինդեքս։ Բացի էսթետիկ հաճույքից, այս երեւույթը կարող է օգտագործվել նաև գործնական կիրառման համար։ Ահա մի քանի օրինակներ. Այնուամենայնիվ, Արևը մեզ ֆոտոններ է մատակարարում ոչ միայն տեսանելի սպեկտրում։ Ինֆրակարմիր, ուլտրամանուշակագույն, ռենտգենյան ճառագայթների տիրույթները չեն ընկալվում մարդու տեսլականով, բայց դրանք ազդում են մեր կյանքի վրա: IR ճառագայթները մեզ տաք են պահում, ուլտրամանուշակագույն ֆոտոնները իոնացնում են մթնոլորտի վերին մասը և թույլ են տալիս բույսերին թթվածին արտադրել ֆոտոսինթեզի միջոցով: Իսկ թե ինչի է հավասար բեկման ինդեքսը, կախված է ոչ միայն այն նյութերից, որոնց միջև ընկած է սահմանը, այլև ընկնող ճառագայթման ալիքի երկարությունից: Սովորաբար կոնտեքստից պարզ է դառնում, թե որ արժեքին է վերաբերում: Այսինքն, եթե գրքում դիտարկվում են ռենտգենյան ճառագայթները և դրա ազդեցությունը մարդու վրա, ապա nայնտեղ այն սահմանված է այս միջակայքի համար: Բայց սովորաբար նկատի ունի էլեկտրամագնիսական ալիքների տեսանելի սպեկտրը, եթե այլ բան նախատեսված չէ: Ինչպես պարզ դարձավ վերոնշյալից, խոսքը թափանցիկ միջավայրերի մասին է։ Որպես օրինակ բերեցինք օդը, ջուրը, ադամանդը։ Իսկ ի՞նչ կասեք փայտի, գրանիտի, պլաստիկի մասին: Նրանց համար կա՞ բեկման ինդեքս: Պատասխանը բարդ է, բայց ընդհանուր առմամբ՝ այո։ Նախ պետք է հաշվի առնել, թե ինչ լույսի հետ գործ ունենք։ Այն միջավայրերը, որոնք անթափանց են տեսանելի ֆոտոնների համար, կտրվում են ռենտգենյան կամ գամմա ճառագայթման միջոցով: Այսինքն, եթե մենք բոլորս սուպերմարդ լինեինք, ապա ամբողջ աշխարհը մեզ համար թափանցիկ կլիներ, բայց ներս տարբեր աստիճաններ. Օրինակ, բետոնից պատրաստված պատերը ավելի խիտ չեն լինի, քան դոնդողը, իսկ մետաղական կցամասերը նման կլինեն ավելի խիտ մրգի կտորների: Ուրիշների համար տարրական մասնիկներ, մյուոններ, մեր մոլորակը ընդհանուր առմամբ թափանցիկ է միջով և միջով: Ժամանակին գիտնականները մեծ դժվարություններ են բերել իրենց գոյության փաստն ապացուցելու համար։ Մյուոնները մեզ ամեն վայրկյան ծակում են միլիոններով, բայց նյութի հետ մեկ մասնիկի բախման հավանականությունը շատ փոքր է, և դա շտկելը շատ դժվար է: Ի դեպ, Բայկալը շուտով կդառնա մյուոններ «որսալու» վայր։ Դրա խորը և մաքուր ջուրը իդեալական է դրա համար, հատկապես ձմռանը: Հիմնական բանը այն է, որ սենսորները չեն սառչում: Այսպիսով, բետոնի բեկման ինդեքսը, օրինակ, ռենտգեն ֆոտոնների համար իմաստ ունի։ Ավելին, նյութի ռենտգենյան ճառագայթումը բյուրեղների կառուցվածքի ուսումնասիրության ամենաճշգրիտ և կարևոր մեթոդներից է։ Հարկ է նաև հիշել, որ մաթեմատիկական իմաստով նյութերը, որոնք անթափանց են տվյալ տիրույթի համար, ունեն երևակայական բեկման ինդեքս։ Ի վերջո, պետք է հասկանալ, որ նյութի ջերմաստիճանը կարող է ազդել նաև դրա թափանցիկության վրա։Հարցեր
Զորավարժություններ
Տեսնելու և բեկման ինդեքսը տեսնելու ունակություն
Թեթև և բեկման ինդեքս
Ֆազային արագություն
Բացարձակ և հարաբերական բեկման ինդեքս
Refractive ինդեքսի գեղեցկությունը և դրա կիրառությունները
Ալիքի երկարություն
բեկման ինդեքսը և արտացոլումը
