Absolutní index lomu

8. 3. 2020

Tento článek odhaluje podstatu konceptu optiky jako indexu lomu. Jsou zde uvedeny vzorce pro získání této hodnoty, je uveden stručný přehled o aplikaci refrakčního jevu. elektromagnetická vlna.

Schopnost vidět a index lomu

Na úsvitu zrodu civilizace se lidé ptají na otázku: jak to vidí oko? Bylo navrženo, že osoba vyzařuje paprsky, které se dotýkají okolních předmětů, nebo naopak, všechny tyto paprsky vyzařují. Odpověď na tuto otázku byla dána v sedmnáctém století. Je obsažen v optice a souvisí s tím, co je index lomu. Odráží od nejrůznějších neprůhledných povrchů a odráží hranice průhlednými, světlo dává člověku příležitost vidět.

index lomu

Světlo a index lomu

Naše planeta je zahalena ve světle slunce. A právě vlnová povaha fotonů je spojena s takovou věcí, jako je absolutní index lomu. Rozptýlí se ve vakuu a foton nesplňuje žádné překážky. Na planetě se světlo setkává s mnoha různými hustšími prostředími: atmosférou (směs plynů), vodou, krystaly. Jako elektromagnetická vlna mají fotony světla jednu fázovou rychlost ve vakuu (označené c ) a v médiu další (označené v ). Poměr prvního a druhého je to, co se nazývá absolutní index lomu. Vzorec vypadá takto: n = c / v.

Fázová rychlost

Je nutné uvést definici fázové rychlosti elektromagnetického prostředí. Jinak není možné pochopit, co je index lomu n . Foton světla je vlna. Takže to může být reprezentováno jako balíček energie, která osciluje (představte si segment sinusové vlny). Fáze je ten segment sinusové vlny, který vlnu prochází v daném čase (připomínáme, že je to důležité pro pochopení takové hodnoty jako index lomu).

absolutní index lomu

Například fáze může být maximálně sinusoid nebo část jeho svahu. Fázová rychlost vlny je rychlost, kterou se tato fáze pohybuje. Jak vysvětluje definice indexu lomu, pro vákuum a médium se tyto hodnoty liší. Každé prostředí má navíc svou vlastní hodnotu této velikosti. Jakákoliv transparentní sloučenina, bez ohledu na její složení, má index lomu odlišný od všech ostatních látek.

Absolutní a relativní index lomu

Již bylo ukázáno, že absolutní hodnota se měří vzhledem k vakuu. Nicméně s tímto na naší planetě těsné: světlo často padá na hranici vzduchu a vody nebo křemene a spinelu. Pro každé z těchto médií, jak již bylo uvedeno výše, je index lomu odlišný. Ve vzduchu se foton světla pohybuje v jednom směru a má jednu fázovou rychlost (v 1 ), ale ve vodě se mění směr šíření a fázové rychlosti (v 2 ). Obě tyto směry však leží ve stejné rovině. To je velmi důležité pro pochopení, jak se obraz okolního světa vytváří na sítnici oka nebo na matrici kamery. Poměr dvou absolutních hodnot udává relativní index lomu. Vzorec vypadá takto: n 12 = v 1 / v 2 . relativní index lomu

Ale co když světlo, naopak, vyjde z vody a vstoupí do vzduchu? Pak bude tato hodnota určena vzorem n 21 = v 2 / v 1 . Vynásobením relativních indexů lomu dostaneme n 21 * n 12 = (v 2 * v 1 ) / (v 1 * v 2 ) = 1. Tento vztah platí pro libovolný pár médií. Relativní index lomu lze nalézt z sinusů úhlů incidence a refrakce n 12 = sin 1 / sin 2 . Nezapomeňte, že úhly jsou počítány od normálu k povrchu. Normálně se rozumí čára kolmá na povrch. To znamená, že pokud problém dává úhel α výskytu vzhledem k samotnému povrchu, pak musíme předpokládat sinus (90 - α).

Krása indexu lomu a jeho aplikace

Na klidném slunečním dni se na dně jezera odehraje oslnění. Tmavě modrý led pokrývá skálu. Na ruce ženy diamant rozptýlí tisíce jisker. Tyto jevy jsou způsobeny skutečností, že všechny hranice průhledných médií mají relativní index lomu. Kromě estetického potěšení lze tento jev použít i pro praktické použití.

index lomu je

Zde jsou některé příklady:

  • Skleněná čočka sbírá paprsek slunečního světla a zapaluje trávu.
  • Laserový paprsek se zaměřuje na nemocný orgán a odstraňuje nežádoucí tkáň.
  • Sluneční světlo se přemění na staré skleněné okno a vytváří tak zvláštní atmosféru.
  • Mikroskop zvětšuje obraz velmi malých částí.
  • Spektrofotometrické čočky shromažďují laserové světlo odrážející se od povrchu studované látky. Je tedy možné pochopit strukturu a pak vlastnosti nových materiálů.
  • Existuje dokonce projekt fotonového počítače, kde informace nebudou přenášeny elektrony, jako nyní, ale fotony. Pro takové zařízení budou rozhodně potřebovat refrakční prvky.

Vlnová délka a index lomu

Slunce nás však dodává fotony nejen viditelného spektra. Infračervené, ultrafialové rentgenové rozsahy nejsou vnímány lidským zrakem, ale ovlivňují naše životy. Infračervené paprsky nás zahřívají, UV fotony ionizují horní atmosféru a umožňují rostlinám vyrábět kyslík fotosyntézou.

index lomu n

A co je index lomu rovný, závisí nejen na látkách, mezi nimiž leží hranice, ale také na vlnové délce dopadajícího záření. Jaká hodnota je zpravidla z kontextu zřejmá. To znamená, že pokud kniha zkoumá rentgenové záření a jeho účinek na osobu, pak n je určen pro tento konkrétní rozsah. Obvykle to však znamená viditelné spektrum elektromagnetických vln, pokud není uvedeno jinak.

Index lomu a reflexe

Jak bylo z výše uvedeného jasné, hovoříme o průhledných prostředích. Jako příklady jsme dali vzduch, vodu, diamant. Ale co dřevo, žula, plast? Existuje pro ně taková věc jako index lomu? Odpověď je komplikovaná, ale obecně ano.

Především je třeba vzít v úvahu, s jakým světlem se zabýváme. Prostředí, které jsou nepropustné pro viditelné fotony, jsou proříznuty rentgenovými zářeními nebo zářeními gama. To znamená, že kdybychom byli všichni supermeni, pak by celý svět kolem nás byl transparentní, avšak v různém stupni. Například stěny z betonu by nebyly hustší než želé a kovové kování by vypadalo jako kusy hustšího ovoce.

stanovení indexu lomu

Pro jiné elementární částice, muony, je naše planeta celkově průhledná. Vědci měli najednou spoustu potíží, které dokazují samotný fakt jejich existence. Muňové miliony nás probodávají každou vteřinu, ale pravděpodobnost srážky alespoň jedné částice s hmotou je velmi malá a je velmi obtížné ji opravit. Mimochodem, brzy se Baikal stane místem pro "ulovení" muonů. Jeho hluboká a čistá voda je ideální - zejména v zimě. Hlavní věc je, že senzory nezmrazují. Takže index lomu betonu, například pro rentgenové fotony, má smysl. Kromě toho je ozařování látky rentgenovým zářením jedním z nejpřesnějších a nejdůležitějších způsobů, jak studovat strukturu krystalů.

Je také třeba připomenout, že v matematickém smyslu látky, které jsou pro daný rozsah neprůhledné, mají imaginární index lomu. Nakonec musíme pochopit, že teplota látky může také ovlivnit její průhlednost.