CHỈ SỐ KHÚC XẠ(chiết suất) - quang học. Đặc điểm môi trường liên quan đến khúc xạ ánh sáng tại giao diện giữa hai môi trường đồng nhất và đẳng hướng quang học trong suốt trong quá trình chuyển đổi từ môi trường này sang môi trường khác và do sự khác biệt về vận tốc pha của sự truyền ánh sáng trong môi trường. Giá trị của P. p., bằng tỷ lệ của các tốc độ này. liên quan đến

P. p. của những môi trường này. Nếu ánh sáng chiếu vào môi trường thứ hai hoặc thứ nhất từ ​​(tại đó tốc độ truyền ánh sáng Với), thì số lượng là P. p. tuyệt đối của các môi trường này. Trong trường hợp này, định luật khúc xạ có thể được viết dưới dạng trong đó và là góc tới và góc khúc xạ.

Độ lớn của P. p. tuyệt đối phụ thuộc vào bản chất và cấu trúc của chất, trạng thái kết tụ, nhiệt độ, áp suất, v.v. Ở cường độ cao, p. p. phụ thuộc vào cường độ ánh sáng (xem. quang học phi tuyến tính). Trong một số chất, P. p. thay đổi dưới tác động của bên ngoài. điện lĩnh vực ( hiệu ứng Kerr- trong chất lỏng và chất khí; quang điện hiệu ứng túi- trong tinh thể).

Đối với một môi trường nhất định, dải hấp thụ phụ thuộc vào bước sóng l của ánh sáng và trong vùng của các dải hấp thụ, sự phụ thuộc này là bất thường (xem Hình. tán sắc ánh sáng). Đối với hầu hết tất cả các phương tiện, dải hấp thụ gần bằng 1, trong vùng nhìn thấy đối với chất lỏng và chất rắn, khoảng 1,5; trong vùng IR cho một số phương tiện trong suốt 4.0 (đối với Ge).

Chúng được đặc trưng bởi hai hiện tượng tham số: thông thường (tương tự như môi trường đẳng hướng) và bất thường, cường độ của chúng phụ thuộc vào góc tới của chùm tia và do đó, hướng truyền ánh sáng trong môi trường (xem Hình. tinh thể quang học) Đối với môi trường có độ hấp thụ (đặc biệt là đối với kim loại), hệ số hấp thụ là một đại lượng phức tạp và có thể được biểu diễn trong đó n là hệ số hấp thụ thông thường, là chỉ số hấp thụ (xem. Hấp thụ ánh sáng, quang học kim loại).

P. p. là vĩ mô. đặc trưng của môi trường và gắn liền với hằng số điện môi n lớn. thấm Cổ điển lý thuyết điện tử (cf. tán sắc ánh sáng) cho phép bạn liên kết giá trị của P. p. với kính hiển vi. đặc điểm của môi trường - điện tử khả năng phân cực nguyên tử (hoặc phân tử) tùy thuộc vào bản chất của các nguyên tử và tần số ánh sáng và môi trường: trong đó N là số nguyên tử trên một đơn vị thể tích. Tác dụng lên một nguyên tử (phân tử) điện. trường của sóng ánh sáng gây ra sự dịch chuyển của quang học. một êlectron khỏi vị trí cân bằng; nguyên tử trở nên cảm ứng. mômen lưỡng cực thay đổi theo thời gian với tần số của ánh sáng tới, và là nguồn của sóng kết hợp thứ cấp, lúa mạch đen. cản trở sóng tới trên môi trường, chúng tạo thành sóng ánh sáng lan truyền trong môi trường với vận tốc cùng pha, và do đó

Cường độ của các nguồn sáng thông thường (không phải laze) tương đối thấp; trường của sóng ánh sáng tác dụng lên một nguyên tử nhỏ hơn nhiều so với điện trường bên trong nguyên tử. các trường và một electron trong nguyên tử có thể được coi là điều hòa. dao động. Trong phép tính gần đúng này, giá trị của và P. p.

Chúng là những giá trị không đổi (ở một tần số nhất định), không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng. Trong các luồng ánh sáng cực mạnh được tạo ra bởi các tia laser mạnh, độ lớn của điện. trường của sóng ánh sáng có thể tương xứng với vùng giàu điện bên trong nguyên tử. các trường và mô hình hài hòa, bộ tạo dao động hóa ra là không thể chấp nhận được. Việc giải thích tính bất điều hòa của các lực trong hệ electron-nguyên tử dẫn đến sự phụ thuộc của tính phân cực của nguyên tử, và do đó là hệ số phân cực, vào cường độ ánh sáng. Mối liên hệ giữa và hóa ra là phi tuyến tính; P. p. có thể được biểu diễn dưới dạng

Ở đâu - P. p. ở cường độ ánh sáng yếu; (chỉ định thường được chấp nhận) - một bổ sung phi tuyến tính cho P. p., hoặc hệ số. phi tuyến tính. P. p. phụ thuộc vào bản chất của môi trường, ví dụ. cho kính silicat

P. p. cũng bị ảnh hưởng bởi cường độ cao do hiệu ứng kiểm soát điện, thay đổi mật độ của môi trường, tần số cao đối với các phân tử dị hướng (trong chất lỏng), cũng như là kết quả của sự gia tăng nhiệt độ do sự hấp thụ

Không có gì khác ngoài tỷ số giữa sin của góc tới với sin của góc khúc xạ

Chiết suất phụ thuộc vào tính chất của chất và bước sóng của bức xạ, đối với một số chất chiết suất thay đổi khá mạnh khi tần số sóng điện từ biến đổi từ tần số thấp sang quang trở và còn có thể thay đổi mạnh hơn nữa trong một số các vùng của thang tần số. Giá trị mặc định thường là phạm vi quang học hoặc phạm vi được xác định theo ngữ cảnh.

Giá trị của n, ceteris paribus, thường nhỏ hơn 1 khi chùm tia truyền từ môi trường đậm đặc hơn sang môi trường kém đậm đặc hơn, và lớn hơn 1 khi chùm tia truyền từ môi trường đậm đặc hơn sang môi trường đậm đặc hơn (ví dụ: từ một môi trường đậm đặc hơn). khí hoặc từ chân không sang chất lỏng hoặc chất rắn). Có những ngoại lệ đối với quy tắc này, và do đó, theo thông lệ, người ta thường gọi một môi trường có mật độ quang học cao hơn hoặc kém hơn một môi trường khác (đừng nhầm với mật độ quang học là thước đo độ mờ của môi trường).

Bảng hiển thị một số giá trị chỉ số khúc xạ cho một số phương tiện truyền thông:

Một môi trường có chỉ số khúc xạ cao hơn được cho là đậm đặc hơn về mặt quang học. Chỉ số khúc xạ của các môi trường khác nhau so với không khí thường được đo. Chiết suất tuyệt đối của không khí là . Do đó, chiết suất tuyệt đối của bất kỳ môi trường nào liên quan đến chiết suất của nó đối với không khí theo công thức:

Chỉ số khúc xạ phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng, tức là vào màu sắc của nó. Màu sắc khác nhau tương ứng với các chỉ số khúc xạ khác nhau. Hiện tượng này, được gọi là tán sắc, đóng một vai trò quan trọng trong quang học.

Bài 25/III-1 Sự truyền ánh sáng trong các môi trường. Khúc xạ ánh sáng ở mặt phân cách giữa hai môi trường.

Học tài liệu mới.

Cho đến bây giờ, chúng ta vẫn coi sự truyền ánh sáng trong một môi trường như thường lệ - trong không khí. Ánh sáng có thể truyền trong nhiều môi trường khác nhau: di chuyển từ môi trường này sang môi trường khác; tại các điểm tới, các tia không chỉ bị phản xạ từ bề mặt mà còn đi qua nó một phần. Những chuyển đổi như vậy gây ra nhiều hiện tượng đẹp và thú vị.

Sự thay đổi hướng truyền của ánh sáng đi qua mặt phân cách của hai môi trường gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

Một phần của chùm sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt bị phản xạ và một phần đi vào môi trường khác. Trong trường hợp này, hướng của chùm sáng truyền vào môi trường khác sẽ thay đổi. Do đó, hiện tượng này được gọi là khúc xạ và chùm tia được gọi là khúc xạ.

1 - tia tới

2 - tia phản xạ

3 – chùm tia khúc xạ α β

OO 1 - ranh giới giữa hai phương tiện

MN - vuông góc O O 1

Góc tạo bởi chùm tia và phương vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường hạ xuống điểm tới của chùm tia gọi là góc khúc xạ γ (gamma).

Ánh sáng trong chân không truyền đi với tốc độ 300.000 km/s. Trong mọi môi trường, tốc độ ánh sáng luôn nhỏ hơn trong chân không. Do đó, khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác, tốc độ của nó giảm dần và đây là nguyên nhân gây ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Tốc độ truyền ánh sáng trong một môi trường nhất định càng thấp thì mật độ quang của môi trường này càng lớn. Ví dụ, không khí có mật độ quang cao hơn chân không, vì tốc độ ánh sáng trong không khí nhỏ hơn một chút so với trong chân không. Mật độ quang của nước lớn hơn mật độ quang của không khí, vì tốc độ ánh sáng trong không khí lớn hơn trong nước.

Mật độ quang học của hai môi trường càng khác nhau thì ánh sáng bị khúc xạ tại giao diện của chúng càng nhiều. Tốc độ ánh sáng càng thay đổi ở mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó càng bị khúc xạ.

Đối với mỗi chất trong suốt, có một đặc tính vật lý quan trọng như chiết suất ánh sáng N. Nó cho biết tốc độ ánh sáng trong một chất nhất định nhỏ hơn bao nhiêu lần so với trong chân không.

Chỉ số khúc xạ

Tỉ số giữa góc tới và góc khúc xạ phụ thuộc vào mật độ quang của từng môi trường. Nếu một chùm tia sáng truyền từ môi trường có mật độ quang học nhỏ hơn sang môi trường có mật độ quang học lớn hơn thì góc khúc xạ sẽ nhỏ hơn góc tới. Nếu chùm tia sáng truyền từ môi trường có mật độ quang học lớn hơn thì góc khúc xạ sẽ nhỏ hơn góc tới. Nếu một chùm tia sáng đi từ môi trường có mật độ quang học lớn hơn sang môi trường có mật độ quang học nhỏ hơn thì góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

Nghĩa là, nếu n 1 γ; nếu n 1 >n 2 , thì α<γ.

Định luật khúc xạ ánh sáng :

Chùm tia tới, chùm tia khúc xạ và phương vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường tại điểm tới của chùm tia nằm trong cùng một mặt phẳng.

Tỉ số của góc tới và góc khúc xạ được xác định theo công thức.

trong đó sin của góc tới là sin của góc khúc xạ.

Giá trị của sin và tiếp tuyến cho các góc 0 - 900

Định luật khúc xạ ánh sáng lần đầu tiên được xây dựng bởi nhà thiên văn học và toán học người Hà Lan W. Snelius vào khoảng năm 1626, giáo sư tại Đại học Leiden (1613).

Vào thế kỷ 16, quang học là một ngành khoa học cực kỳ hiện đại... Từ một quả cầu thủy tinh chứa đầy nước dùng làm thấu kính, kính lúp đã ra đời. Và từ đó họ đã phát minh ra kính thiên văn và kính hiển vi. Vào thời điểm đó, Hà Lan cần kính viễn vọng để quan sát bờ biển và thoát khỏi kẻ thù kịp thời. Chính quang học đã đảm bảo sự thành công và độ tin cậy của điều hướng. Do đó, ở Hà Lan, rất nhiều nhà khoa học đã quan tâm đến quang học. Người Hà Lan Skel Van Royen (Snelius) đã quan sát cách một chùm ánh sáng mỏng phản chiếu trong gương. Ông đã đo góc tới và góc phản xạ và thấy rằng góc phản xạ bằng góc tới. Ông cũng sở hữu định luật phản xạ ánh sáng. Ông đã suy ra định luật khúc xạ ánh sáng.

Xét định luật khúc xạ ánh sáng.

Trong đó - chiết suất tương đối của môi trường thứ hai so với môi trường thứ nhất, trong trường hợp môi trường thứ hai có mật độ quang cao. Nếu ánh sáng bị khúc xạ và truyền qua môi trường có mật độ quang nhỏ hơn thì α< γ, тогда

Nếu môi trường thứ nhất là chân không thì n 1 = 1 thì .

Chiết suất này được gọi là chiết suất tuyệt đối của môi trường thứ hai:

ở đâu là tốc độ ánh sáng trong chân không, tốc độ ánh sáng trong một môi trường nhất định.

Hệ quả của sự khúc xạ ánh sáng trong bầu khí quyển của Trái đất là chúng ta nhìn thấy Mặt trời và các ngôi sao hơi cao hơn vị trí thực tế của chúng. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng có thể giải thích sự xuất hiện ảo ảnh, cầu vồng... hiện tượng khúc xạ ánh sáng là cơ sở nguyên lý hoạt động của các thiết bị quang số: kính hiển vi, kính thiên văn, máy ảnh.

Định luật khúc xạ ánh sáng. Chỉ số (hệ số) khúc xạ tuyệt đối và tương đối. Tổng phản xạ bên trong

Định luật khúc xạ ánh sángđược thành lập theo kinh nghiệm vào thế kỷ 17. Khi ánh sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác, hướng của ánh sáng có thể thay đổi. Sự thay đổi hướng của ánh sáng ở ranh giới của các môi trường khác nhau được gọi là khúc xạ ánh sáng. Tính toàn tri của khúc xạ là sự thay đổi rõ ràng về hình dạng của một vật thể. (ví dụ: một cái thìa trong cốc nước). Định luật khúc xạ ánh sáng: Tại ranh giới của hai môi trường, chùm tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và tạo thành pháp tuyến với mặt phân cách tại điểm tới một góc khúc xạ sao cho: = n 1- ngã, 2 phản xạ, chiết suất n (f. Snelius) - chỉ số tương đối Chiết suất của chùm tia tới một môi trường từ không gian không có không khí được gọi là chiết suất tuyệt đối. Góc tới tại đó chùm tia khúc xạ bắt đầu trượt dọc theo mặt phân cách giữa hai môi trường mà không chuyển sang môi trường đặc hơn về mặt quang học - giới hạn góc phản xạ toàn phần. Tổng phản xạ bên trong- phản xạ bên trong, với điều kiện là góc tới vượt quá một góc tới hạn nhất định. Trong trường hợp này, sóng tới được phản xạ hoàn toàn và giá trị của hệ số phản xạ vượt quá giá trị cao nhất của nó đối với các bề mặt được đánh bóng. Hệ số phản xạ đối với hiện tượng phản xạ toàn phần không phụ thuộc vào bước sóng. Trong quang học, hiện tượng này được quan sát thấy đối với phổ bức xạ điện từ rộng, bao gồm cả dải tia X. Trong quang hình học, hiện tượng này được giải thích theo định luật Snell. Xét rằng góc khúc xạ không thể vượt quá 90°, ta thu được rằng ở góc tới có sin lớn hơn tỷ số giữa chiết suất nhỏ hơn với chiết suất lớn hơn, sóng điện từ sẽ bị phản xạ hoàn toàn vào môi trường thứ nhất. Ví dụ: Độ chói sáng của nhiều tinh thể tự nhiên, đặc biệt là đá quý và đá bán quý được mài giác, được giải thích bằng sự phản xạ toàn phần bên trong, do đó mỗi tia đi vào tinh thể tạo thành một số lượng lớn các tia khá sáng phát ra, có màu như một kết quả của sự phân tán.

Khúc xạ được gọi là một số trừu tượng nhất định đặc trưng cho công suất khúc xạ của bất kỳ môi trường trong suốt nào. Nó là thông lệ để chỉ định nó n. Có chiết suất tuyệt đối và hệ số tương đối.

Đầu tiên được tính bằng một trong hai công thức:

n = sin α / sin β = const (trong đó sin α là sin của góc tới, và sin β là sin của chùm sáng đi vào môi trường đang xét từ khoảng không)

n = c / υ λ (trong đó c là tốc độ ánh sáng trong chân không, υ λ là tốc độ ánh sáng trong môi trường đang nghiên cứu).

Ở đây, phép tính cho biết ánh sáng thay đổi tốc độ truyền bao nhiêu lần tại thời điểm chuyển từ chân không sang môi trường trong suốt. Theo cách này, chỉ số khúc xạ (tuyệt đối) được xác định. Để tìm ra họ hàng, hãy sử dụng công thức:

Đó là, các chiết suất tuyệt đối của các chất có mật độ khác nhau, chẳng hạn như không khí và thủy tinh, được xem xét.

Nói chung, các hệ số tuyệt đối của bất kỳ vật thể nào, dù ở thể khí, lỏng hay rắn, luôn lớn hơn 1. Về cơ bản, các giá trị của chúng nằm trong khoảng từ 1 đến 2. Trên 2, giá trị này chỉ có thể trong các trường hợp ngoại lệ. Giá trị của tham số này đối với một số môi trường:

Giá trị này, khi áp dụng cho chất tự nhiên cứng nhất hành tinh, kim cương, là 2,42. Rất thường xuyên, khi tiến hành nghiên cứu khoa học, v.v., cần phải biết chỉ số khúc xạ của nước. Tham số này là 1.334.

Vì bước sóng là một chỉ số, tất nhiên, không phải là hằng số, nên một chỉ số được gán cho chữ cái n. Giá trị của nó giúp hiểu được hệ số này đề cập đến sóng nào của phổ. Khi xét cùng một chất nhưng có bước sóng ánh sáng tăng dần thì chiết suất sẽ giảm. Trường hợp này gây ra sự phân hủy ánh sáng thành quang phổ khi đi qua thấu kính, lăng kính, v.v.

Ví dụ, theo giá trị của chỉ số khúc xạ, bạn có thể xác định lượng chất này hòa tan trong chất khác. Điều này rất hữu ích, chẳng hạn như khi pha chế bia hoặc khi bạn cần biết nồng độ đường, trái cây hoặc quả mọng trong nước trái cây. Chỉ số này cũng rất quan trọng trong việc xác định chất lượng của các sản phẩm dầu mỏ và trong đồ trang sức, khi cần chứng minh tính xác thực của một viên đá, v.v.

Nếu không sử dụng bất kỳ chất nào, thang đo có thể nhìn thấy trong thị kính của thiết bị sẽ có màu xanh lam hoàn toàn. Nếu bạn thả nước cất thông thường vào một lăng kính, với sự hiệu chuẩn chính xác của thiết bị, đường viền màu xanh lam và trắng sẽ hoàn toàn đi qua vạch 0. Khi kiểm tra một chất khác, nó sẽ dịch chuyển dọc theo thang đo tùy theo chiết suất của nó.