Apsolutni indeks loma

Ovaj članak otkriva suštinu koncepta optike kao indeksa loma. Dane su formule za dobivanje te količine, dan je kratak pregled primjene fenomena refrakcije elektromagnetski val.

Sposobnost da se vidi i indeks loma

U zoru rođenja civilizacije ljudi su postavljali pitanje: kako oko vidi? Predloženo je da osoba emitira zrake koje dodiruju okolne objekte, ili, naprotiv, sve stvari emitiraju takve zrake. Odgovor na ovo pitanje dat je u sedamnaestom stoljeću. Sadržana je u optici i povezana je s onim što je indeks loma. Odražavajući se od različitih neprozirnih površina i prelamajući se na granici s prozirnim, svjetlo daje osobi priliku da vidi.

Svjetlo i indeks loma

Naš planet je obavijen svjetlom sunca. I upravo je valna priroda fotona povezana s takvim stvarima kao što je apsolutni indeks loma. Šireći se u vakuumu, foton ne susreće prepreke. Na planeti, svjetlo se susreće s mnogo različitim gustim okruženjima: atmosferom (mješavina plinova), vodom, kristalima. Kao elektromagnetski val, fotoni svjetla imaju jednu faznu brzinu u vakuumu (označenu sa c ), au mediju drugu (označenu s). Odnos prvog i drugog je ono što se naziva apsolutni indeks loma. Formula izgleda ovako: n = c / v.

Fazna brzina

Potrebno je dati definiciju fazne brzine elektromagnetskog okruženja. Inače je nemoguće razumjeti što je indeks loma n . Foton svjetla je val. Dakle, može se prikazati kao paket energije koji oscilira (zamislite segment sinusnog vala). Faza je onaj dio sinusnog vala koji val prolazi u određenom vremenu (podsjetimo da je to važno za razumijevanje takve vrijednosti kao indeksa loma).

Na primjer, faza može biti maksimum sinusoida ili nekog segmenta njegovog nagiba. Fazna brzina vala je brzina kojom se ova određena faza kreće. Kako definicija indeksa loma objašnjava, za vakuum i za medij, te se vrijednosti razlikuju. Štoviše, svaka okolina ima svoju vrijednost te veličine. Bilo koji prozirni spoj, bez obzira na sastav, ima indeks loma koji se razlikuje od svih drugih tvari.

Apsolutni i relativni indeks loma

Već je gore pokazano da se apsolutna vrijednost mjeri u odnosu na vakuum. Međutim, s ovim na našoj planeti zbijeno: svjetlo često pada na granicu zraka i vode ili kvarca i spinela. Za svaki od ovih medija, kao što je već spomenuto, njegov indeks loma je različit. U zraku, foton svjetla putuje u jednom smjeru i ima jednu faznu brzinu (v ₁ ), ali, ulazeći u vodu, mijenja smjer propagacije i faznu brzinu (v2). Međutim, oba ova smjera leže u istoj ravnini. To je vrlo važno za razumijevanje kako se slika okolnog svijeta formira na mrežnici oka ili na matrici kamere. Omjer dvaju apsolutnih vrijednosti daje relativni indeks loma. Formula izgleda ovako: n ₁₂ = v ₁ / v ₂ .

Ali što ako svjetlo, naprotiv, izađe iz vode i uđe u zrak? Tada će se ta vrijednost odrediti pomoću formule n ₂₁ = v ₂ / v ₁ . Množenjem relativnih indeksa loma dobivamo n ₂₁ * n ₁₂ = (v ₂ * v ₁ ) / (v ₁ * v ₂ ) = 1. Ovaj odnos vrijedi za svaki par medija. Relativni indeks loma može se naći iz sinusa kutova upada i loma n ₁₂ = sin ₁ / sin ₂ . Ne zaboravite da se kutovi broje od normale do površine. Pod normalnim se podrazumijeva pravac okomit na površinu. To jest, ako problem daje kut α incidencije u odnosu na samu površinu, tada moramo pretpostaviti sinus (90 - α).

Ljepota indeksa loma i njegova primjena

Na mirnom sunčanom danu, na dnu jezera igra se sjaj. Tamno plavi led pokriva stijenu. Na ženskoj ruci dijamant rasipa tisuće iskri. Ove pojave su posljedica činjenice da sve granice prozirnih medija imaju relativni indeks loma. Osim estetskog užitka, ovaj fenomen može se koristiti i za praktičnu uporabu.

Evo nekoliko primjera:

• Staklena leća skuplja snop svjetlosti i pali travu.
• Laserska zraka se fokusira na bolesni organ i odvaja neželjeno tkivo.
• Sunčeva svjetlost se lomi na drevnom staklenom prozoru, stvarajući posebnu atmosferu.
• Mikroskop povećava slike vrlo malih dijelova.
• Spektrofotometrijske leće sakupljaju lasersku svjetlost koja se odbija od površine ispitivane tvari. Dakle, moguće je razumjeti strukturu, a zatim svojstva novih materijala.
• Postoji čak i projekt fotonskog računala u kojem će se informacije prenositi ne elektronima, kao sada, već fotonima. Za takav uređaj će svakako trebati lomljivi elementi.

valna duljina i indeks loma

Međutim, Sunce nam daje fotone ne samo vidljivog spektra. Infracrveni, ultraljubičasti, rendgenski rasponi nisu percipirani ljudskim vidom, već utječu na naše živote. Infracrvene zrake nas topline, UV fotoni ioniziraju gornju atmosferu i omogućuju biljkama da proizvode kisik kroz fotosintezu.

A što je indeks loma jednak ne ovisi samo o tvarima između kojih leži granica, već io valnoj duljini upadnog zračenja. Koja je vrijednost o kojoj je riječ obično jasna iz konteksta. To jest, ako knjiga proučava rendgenske zrake i njihov učinak na osobu, tada se za taj određeni raspon tamo određuje n . Ali to obično znači vidljivi spektar elektromagnetskih valova, ako nije drugačije naznačeno.

Indeks loma i refleksija

Kao što je iz gore navedenog postalo jasno, govorimo o transparentnom okruženju. Kao primjer dali smo zrak, vodu, dijamant. Ali što je s drvom, granitom, plastikom? Postoji li takva stvar kao indeks loma za njih? Odgovor je kompliciran, ali općenito - da.

Prije svega, potrebno je uzeti u obzir kakvu vrstu svjetla imamo. Okolina koja je neprozirna za vidljive fotone se reže rendgenskim zrakama ili gama zrakama. To jest, ako smo svi bili supermeni, onda bi cijeli svijet oko nas bio transparentan, ali u različitim stupnjevima. Na primjer, zidovi od betona ne bi bili gušći od želea, a metalni elementi izgledali bi kao komadići gušćeg voća.

Za druge elementarne čestice, mione, naš planet je općenito transparentan kroz i kroz. U jednom trenutku, znanstvenici su imali puno problema dokazati samu činjenicu njihovog postojanja. Milijuni nas milijune probijaju svake sekunde, ali je vjerojatnost kolizije barem jedne čestice s tvari vrlo mala i vrlo ju je teško popraviti. Usput, uskoro će Bajkal postati mjesto za "hvatanje" muona. Njegova duboka i bistra voda idealna je za to - osobito zimi. Glavno je da senzori ne zamrznu. Dakle, indeks refrakcije betona, na primjer, za fotone rendgenskih zraka ima smisla. Štoviše, ozračivanje tvari s X-zrakama jedan je od najpreciznijih i najznačajnijih načina za proučavanje strukture kristala.

Također je vrijedno zapamtiti da u matematičkom smislu tvari koje su neprozirne za određeni raspon posjeduju imaginarni indeks loma. Konačno, moramo shvatiti da temperatura tvari može također utjecati na njegovu transparentnost.