Absolutni lomni indeks

Prispevek razkriva bistvo pojma optike, kot lomni količnik. Podane so formule za pridobitev te vrednosti, kratek pregled uporabe fenomena refrakcije elektromagnetni val.

Sposobnost videti in indeks loma

Ob zori rojstva civilizacije so ljudje postavili vprašanje: kako oko vidi? Predlagano je bilo, da oseba oddaja žarke, ki se dotikajo okoliških predmetov, ali, nasprotno, vse stvari oddajajo take žarke. Odgovor na to vprašanje je bil dan v sedemnajstem stoletju. Vsebuje ga optika in je povezana s tem, kaj je indeks refrakcije. Odsevna od različnih neprozornih površin in lomljenja na meji s prozornimi, svetloba daje osebi priložnost videti.

Svetlobni in refrakcijski indeks

Naš planet je ovit v luči sonca. In ravno valna narava fotonov je povezana s takšno stvarjo, kot je absolutni lomni indeks. Foton ne razkriva ovir in se širi v vakuumu. Na planetu svetloba ustreza številnim bolj gostim okoljem: atmosferi (mešanici plinov), vodi, kristali. Kot elektromagnetni val imajo fotoni svetlobe eno fazno hitrost v vakuumu (označeno s c ), v mediju pa še eno (označeno z v ). Razmerje med prvim in drugim je tisto, kar imenujemo absolutni indeks loma. Formula izgleda takole: n = c / v.

Fazna hitrost

Treba je podati definicijo fazne hitrosti elektromagnetnega okolja. V nasprotnem primeru je nemogoče razumeti, kaj je lomni količnik n . Foton svetlobe je val. Torej je lahko predstavljen kot paket energije, ki niha (zamislite segment sinusnega vala). Faza je tisti segment sinusnega vala, ki ga val prehaja v določenem času (spomnite se, da je to pomembno za razumevanje takšne vrednosti kot lomni količnik).

Na primer, faza je lahko največja od sinusoidne ali nekega segmenta njegovega pobočja. Fazna hitrost valovanja je hitrost, s katero se ta faza premika. Ker definicija refraktivnega indeksa za vakuum in za medij razlaga, se te vrednosti razlikujejo. Poleg tega ima vsako okolje svojo vrednost te velikosti. Vsaka prosojna spojina, ne glede na sestavo, ima lomni količnik drugačen od vseh drugih snovi.

Absolutni in relativni lomni količnik

Zgoraj je bilo že prikazano, da je absolutna vrednost izmerjena glede na vakuum. Vendar pa s tem na našem planetu tesen: svetloba pogosto pade na meji zraka in vode ali kremena in spinel. Za vsak od teh medijev, kot je že omenjeno zgoraj, je njegov refrakcijski indeks drugačen. V zraku foton svetlobe potuje po eni smeri in ima eno fazno hitrost (v ₁ ), vendar pri vstopu v vodo spreminja smer širjenja in fazne hitrosti (v ₂ ). Vendar obe smeri ležita v isti ravnini. Zelo pomembno je razumeti, kako se slika okolice oblikuje na mrežnici očesa ali na matrici kamere. Razmerje obeh absolutnih vrednosti daje relativni lomni indeks. Formula izgleda takole: n ₁₂ = v ₁ / v ₂ .

Kaj pa, če svetloba, nasprotno, pride iz vode in vstopi v zrak? Nato bo ta vrednost določena s formulo n ₂₁ = v ₂ / v ₁ . Z množenjem relativnih lomnih indeksov dobimo n ₂₁ * n ₁₂ = (v ₂ * v ₁ ) / (v ₁ * v ₂ ) = 1. To razmerje velja za vsak par medijev. Relativni indeks loma je mogoče najti iz sinusov kotov in lomov n ₁₂ = sin ₁ / sin ₂ . Ne pozabite, da se koti štejejo od normale do površine. Pod normalno je mišljena črta, ki je pravokotna na površino. To pomeni, da če problem poda kot α α glede na samo površino, moramo predpostaviti sinus (90 - α).

Lepota lomnega indeksa in njegova uporaba

Na mirnem sončnem dnevu se na dnu jezera igra bleščanje. Temno modri led prekriva skalo. Na ženski roki diamant raztrese tisoče isker. Ti pojavi so posledica dejstva, da imajo vse meje transparentnih medijev relativni lomni indeks. Poleg estetskega užitka se ta pojav lahko uporablja tudi za praktično uporabo.

Tu je nekaj primerov:

• Steklena leča zbira žarek sončne svetlobe in požari travo.
• Laserski žarek se osredotoči na obolel organ in izreže neželeno tkivo.
• Sončna svetloba se lomi na starem steklenem oknu, ki ustvarja posebno vzdušje.
• Mikroskop poveča slike zelo majhnih delov.
• Spektrofotometrične leče zbirajo lasersko svetlobo, ki se odbija od površine preskušane snovi. Tako je mogoče razumeti strukturo in nato lastnosti novih materialov.
• Obstaja celo fotonski računalniški projekt, kjer informacije ne bodo prenašali elektroni, kot sedaj, ampak fotoni. Za takšno napravo bo zagotovo potreben lomni element.

Valovna dolžina in lomni količnik

Toda Sonce nas oskrbuje s fotoni ne le vidnega spektra. Infrardeči, ultravijolični, rentgenski razponi se ne zaznavajo s človeškim vidom, ampak vplivajo na naše življenje. Infrardeči žarki nas tople, UV fotoni ionizirajo zgornjo atmosfero in rastlinam omogočajo, da s fotosintezo proizvajajo kisik.

In kaj je lomni količnik enak, ni odvisen samo od snovi, med katerimi leži meja, ampak tudi od valovne dolžine vpadnega sevanja. Kakšna vrednost je običajno jasna iz konteksta. To pomeni, da če knjiga pregleda rentgenske žarke in njihov učinek na osebo, potem je tam določen n za to določeno območje. Ampak to običajno pomeni vidni spekter elektromagnetnih valov, razen če ni drugače navedeno.

Refrakcijski indeks in refleksija

Kot je postalo jasno iz zgoraj navedenega, govorimo o preglednih okoljih. Kot primer smo podali zrak, vodo, diamant. Kaj pa les, granit, plastika? Ali obstaja zanje kakšen lomni indeks? Odgovor je zapleten, toda na splošno - da.

Najprej je treba upoštevati, s kakšno svetlobo se ukvarjamo. Tista okolja, ki so neprozorna za vidne fotone, se prerežejo z rentgenskimi žarki ali gama žarki. Če smo vsi supermen, potem bi bil ves svet okoli nas pregleden, vendar v različni meri. Stene iz betona na primer ne bi bile gostejše od želeja, kovinski okovji pa bi bili podobni kosom gostejšega sadja.

Za druge elementarne delce, mione, je naš planet na splošno pregleden skozi in skozi. Nekoč so imeli znanstveniki veliko težav pri dokazovanju samega dejstva njihovega obstoja. Mionski milijoni nas prebijejo vsako sekundo, vendar je verjetnost trka vsaj enega delca z materijo zelo majhna in ga je zelo težko popraviti. Mimogrede, kmalu bo Baikal postal mesto za "lovljenje" muonov. Njegova globoka in čista voda je idealna za to - še posebej pozimi. Glavna stvar je, da senzorji ne zamrznejo. Tako je smiseln lomni količnik betona, na primer za fotone rentgenskih žarkov. Poleg tega je obsevanje snovi z rentgenskimi žarki eden od najbolj natančnih in pomembnih načinov za preučevanje strukture kristalov.

Pomembno je tudi spomniti, da imajo snovi, ki so za neko območje motne za matematiko, namišljen lomni indeks. Nazadnje moramo razumeti, da lahko temperatura snovi vpliva tudi na njeno preglednost.