Апсолутни индекс лома

Овај чланак открива суштину концепта оптике, као индекс рефракције. Дане су формуле за добијање ове вредности, кратак преглед примене феномена рефракције електромагнетни талас.

Способност да се види и индекс рефракције

У зору рођења цивилизације, људи су постављали питање: како око види? Предложено је да особа емитује зраке које додирују околне објекте, или, напротив, све ствари емитирају такве зраке. Одговор на ово питање дат је у седамнаестом веку. Она се налази у оптици и повезана је са оним што је индекс рефракције. Одражавајући се од различитих непрозирних површина и преламајући се на граници са транспарентним, светлост даје особи прилику да види.

Индекс светлости и преламања

Наша планета је обавијена сунцем. И управо је природа таласа фотона повезана са стварима као што је апсолутни индекс преламања. Ширећи се у вакууму, фотон не сусреће препреке. На планети се светлост сусреће са много различитим густим срединама: атмосфера (мјешавина гасова), вода, кристали. Као електромагнетни талас, фотони светлости имају једну фазну брзину у вакууму (означену са ц ), ау медијуму другу (означену са в ). Однос првог и другог је оно што се назива апсолутни индекс рефракције. Формула изгледа овако: н = ц / в.

Фазна брзина

Потребно је дати дефиницију фазне брзине електромагнетног окружења. У супротном, немогуће је разумети шта је индекс лома н . Фотон светлости је талас. Дакле, може се представити као пакет енергије који осцилира (замислите сегмент синусног таласа). Фаза је тај сегмент синусног таласа који талас пролази у датом времену (подсетимо се да је ово важно за разумевање такве вредности као индекс рефракције).

На пример, фаза може бити максимум синусоида или неког сегмента његовог нагиба. Фазна брзина таласа је брзина којом се ова одређена фаза креће. Како дефиниција индекса преламања објашњава, за вакуум и за медиј, ове вриједности се разликују. Штавише, свака средина има своју вредност ове величине. Било које провидно једињење, без обзира на његов састав, има индекс рефракције који се разликује од свих других супстанци.

Апсолутни и релативни индекс лома

Већ је горе показано да се апсолутна вредност мери у односу на вакуум. Међутим, са овим на нашој планети тесно: светло често пада на границу ваздуха и воде или кварца и спинела. За сваки од ових медија, као што је већ поменуто, његов индекс рефракције је различит. У ваздуху, фотон светлости путује дуж једног правца и има једну фазну брзину (в ₁ ), али, улазећи у воду, мења правац ширења и брзину фазе (в ₂ ). Међутим, оба ова правца леже у истој равни. Ово је веома важно за разумевање како се слика околног света формира на мрежници ока или на матрици камере. Однос двају апсолутних вредности даје релативни индекс преламања. Формула изгледа овако: н ₁₂ = в ₁ / в ₂ .

Али шта ако светло, напротив, изађе из воде и уђе у ваздух? Тада ће се ова вредност одредити формулом н ₂₁ = в ₂ / в ₁ . Множењем релативних индекса преламања добијамо н ₂₁ * н ₁₂ = (в ₂ * в ₁ ) / (в ₁ * в ₂ ) = 1. Овај однос важи за сваки пар медија. Релативни индекс преламања може се наћи из синуса углова упадања и преламања н ₁₂ = син ₁ / син ₂ . Не заборавите да се углови броје од нормале до површине. Под нормалним се подразумева линија која је окомита на површину. То јест, ако проблем даје угао α инциденције у односу на саму површину, онда морамо претпоставити синус (90 - α).

Лепота индекса преламања и његова примена

На мирном сунчаном дану, на дну језера игра се сјај. Тамно плави лед покрива камен. На женској руци, дијамант разбацује хиљаде искри. Ове појаве су последица чињенице да све границе транспарентног медија имају релативни индекс преламања. Поред естетског задовољства, овај феномен се може користити и за практичну употребу.

Ево неколико примера:

• Стаклена лећа сакупља сноп сунчеве светлости и пали траву.
• Ласерски сноп се фокусира на болесни орган и одсеца нежељено ткиво.
• Сунчева светлост се ломи на древном стакленом прозору, стварајући посебну атмосферу.
• Микроскоп повећава слике веома малих делова.
• Спектрофотометријска сочива сакупљају ласерску светлост која се рефлектује са површине испитиване супстанце. Тако је могуће разумјети структуру, а затим и својства нових материјала.
• Постоји чак и компјутерски пројект фотона у коме ће се информације преносити не електронима, као сада, већ фотонима. За такав уређај ће свакако бити потребни рефрактивни елементи.

Вавеленгтх и индекс рефракције

Међутим, Сунце нам даје фотоне не само видљивог спектра. Инфрацрвени, ултраљубичасти, рендгенски распони се не перципирају људским видом, већ утичу на наше животе. Инфрацрвени зраци нас греју, УВ фотони јонизују горњу атмосферу и дозвољавају биљкама да производе кисеоник кроз фотосинтезу.

А шта је индекс лома једнак не зависи само од супстанци између којих лежи граница, већ и од таласне дужине инцидентног зрачења. Каква је то вриједност која је у питању обично јасна из контекста. То јест, ако књига проучава рендгенске снимке и њихов ефекат на особу, онда се тамо одређује н за овај одређени опсег. Али то обично значи видљиви спектар електромагнетних таласа, осим ако није другачије назначено.

Индекс рефракције и рефлексија

Као што је из горе наведеног постало јасно, говоримо о транспарентном окружењу. Као пример смо дали ваздух, воду, дијамант. Али шта је са дрветом, гранитом, пластиком? Постоји ли таква ствар као индекс рефракције за њих? Одговор је компликован, али генерално - да.

Пре свега, потребно је узети у обзир какву врсту светлости имамо. Околина која је непрозирна за видљиве фотоне се реже рендгенским зракама или гама зрацима. То јест, ако смо сви били супермени, онда би цео свет око нас био транспарентан, али у различитим степенима. На пример, зидови од бетона не би били гушћи од желеа, а метални елементи би изгледали као комадићи гушћег воћа.

За друге елементарне честице, мионе, наша планета је генерално транспарентна кроз и кроз. У једном тренутку, научници су имали много проблема доказати саму чињеницу њиховог постојања. Милијуни нас милују сваке секунде, али је вероватноћа колизије бар једне честице са материјом веома мала и веома је тешко поправити је. Успут, ускоро ће Бајкал постати место за "хватање" миона. Његова дубока и бистра вода идеална је за то - посебно зими. Главно је да сензори не замрзну. Дакле, индекс рефракције бетона, на пример, за фотоне рендгенских зрака има смисла. Штавише, озрачивање супстанце Кс-зракама је један од најпрецизнијих и најзначајнијих начина за истраживање структуре кристала.

Такође треба имати на уму да у математичком смислу супстанце које су непрозирне за одређени опсег поседују имагинарни индекс преламања. Коначно, морамо разумети да температура неке супстанце може да утиче на његову транспарентност.