Indice di rifrazione assoluto

Questo articolo rivela l'essenza del concetto di ottica, come l'indice di rifrazione. Vengono fornite le formule per ottenere questo valore, viene fornita una breve panoramica dell'applicazione del fenomeno della rifrazione. onda elettromagnetica.

Capacità di vedere e indice di rifrazione

All'alba della nascita della civiltà, la gente ha posto la domanda: come vede l'occhio? È stato suggerito che una persona emetta raggi che toccano oggetti circostanti o, al contrario, tutte le cose emettono tali raggi. La risposta a questa domanda fu data nel diciassettesimo secolo. È contenuto nell'ottica ed è correlato a ciò che è l'indice di rifrazione. Riflettendo da varie superfici opache e rifrangendo sul bordo con quelle trasparenti, la luce dà a una persona l'opportunità di vedere.

Indice di luce e rifrazione

Il nostro pianeta è avvolto dalla luce del sole. E precisamente la natura ondulatoria dei fotoni è associata a qualcosa come l'indice di rifrazione assoluto. Diffondendosi nel vuoto, il fotone non incontra ostacoli. Sul pianeta, la luce incontra molti altri ambienti più densi: l'atmosfera (una miscela di gas), acqua, cristalli. Essendo un'onda elettromagnetica, i fotoni di luce hanno una velocità di fase nel vuoto (indicata con c ) e nel mezzo un'altra (indicata con v ). Il rapporto tra il primo e il secondo è quello che viene chiamato l'indice assoluto di rifrazione. La formula ha questo aspetto: n = c / v.

Velocità di fase

È necessario dare una definizione della velocità di fase dell'ambiente elettromagnetico. Altrimenti, è impossibile capire quale sia l'indice di rifrazione n . Il fotone di luce è un'onda. Quindi, può essere rappresentato come un pacchetto di energia che oscilla (immagina un segmento di un'onda sinusoidale). Una fase è quel segmento di un'onda sinusoidale che un'onda passa in un dato momento (ricorda che questo è importante per comprendere un valore come l'indice di rifrazione).

Ad esempio, una fase può essere un massimo di una sinusoide o un segmento della sua inclinazione. La velocità di fase di un'onda è la velocità con cui si muove questa particolare fase. Poiché la definizione dell'indice di rifrazione spiega, per un vuoto e per un mezzo, questi valori differiscono. Inoltre, ogni ambiente ha il proprio valore di questa grandezza. Qualsiasi composto trasparente, qualunque sia la sua composizione, ha un indice di rifrazione diverso da tutte le altre sostanze.

Indice di rifrazione assoluto e relativo

È già stato mostrato sopra che il valore assoluto è misurato rispetto al vuoto. Tuttavia, con questo sul nostro pianeta stretto: la luce spesso cade sul confine di aria e acqua o quarzo e spinello. Per ciascuno di questi media, come già menzionato sopra, il suo indice di rifrazione è diverso. Nell'aria, un fotone di luce viaggia lungo una direzione e ha una velocità di fase (v ₁ ), ma, entrando nell'acqua, cambia la direzione di propagazione e la velocità di fase (v ₂ ). Tuttavia, entrambe le direzioni si trovano sullo stesso piano. Questo è molto importante per capire come si forma l'immagine del mondo circostante sulla retina dell'occhio o sulla matrice della fotocamera. Il rapporto tra i due valori assoluti fornisce l'indice di rifrazione relativo. La formula è la seguente: n ₁₂ = v ₁ / v ₂ .

Ma cosa succede se la luce, al contrario, esce dall'acqua ed entra nell'aria? Quindi questo valore sarà determinato dalla formula n ₂₁ = v ₂ / v ₁ . Moltiplicando gli indici di rifrazione relativi otteniamo n ₂₁ * n ₁₂ = (v ₂ * v ₁ ) / (v ₁ * v ₂ ) = 1. Questa relazione vale per qualsiasi coppia di media. L'indice di rifrazione relativo può essere trovato dai seni degli angoli di incidenza e rifrazione n ₁₂ = sin ₁ / sin ₂ . Non dimenticare che gli angoli vengono contati dalla normale alla superficie. Per normale si intende una linea perpendicolare alla superficie. Cioè, se il problema dà un angolo α di incidenza rispetto alla superficie stessa, allora dobbiamo assumere il seno di (90 - α).

La bellezza dell'indice di rifrazione e la sua applicazione

In una tranquilla giornata di sole, il bagliore si gioca sul fondo del lago. Il ghiaccio blu scuro copre la roccia. Sulla mano di una donna, un diamante disperde migliaia di scintille. Questi fenomeni sono dovuti al fatto che tutti i confini dei media trasparenti hanno un indice di rifrazione relativo. Oltre al piacere estetico, questo fenomeno può essere utilizzato per l'uso pratico.

Ecco alcuni esempi:

• Una lente di vetro raccoglie un raggio di sole e dà fuoco all'erba.
• Il raggio laser si concentra sull'organo malato e taglia i tessuti indesiderati.
• La luce del sole viene rifratta su un'antica finestra di vetro, creando un'atmosfera speciale.
• Il microscopio ingrandisce le immagini di parti molto piccole.
• Le lenti dello spettrofotometro raccolgono la luce laser riflessa dalla superficie della sostanza in esame. Quindi, si può capire la struttura e quindi le proprietà dei nuovi materiali.
• Esiste persino un progetto di computer fotonico in cui le informazioni non verranno trasmesse dagli elettroni, come ora, ma dai fotoni. Per tale dispositivo avrà sicuramente bisogno di elementi rifrangenti.

lunghezza d'onda e indice di rifrazione

Tuttavia, il Sole ci fornisce fotoni non solo dello spettro visibile. Gli infrarossi, i raggi ultravioletti, i raggi X non sono percepiti dalla visione umana, ma influenzano le nostre vite. I raggi infrarossi ci riscaldano, i fotoni UV ionizzano l'atmosfera superiore e consentono alle piante di produrre ossigeno attraverso la fotosintesi.

E ciò che l'indice di rifrazione è uguale dipende non solo dalle sostanze tra le quali si trova il confine, ma anche dalla lunghezza d'onda della radiazione incidente. Che tipo di valore in questione è solitamente chiaro dal contesto. Cioè, se un libro esamina i raggi X e il suo effetto su una persona, allora n è determinato lì per questo particolare intervallo. Ma di solito significa lo spettro visibile delle onde elettromagnetiche, se non diversamente indicato.

Indice di rifrazione e riflessione

Come è chiaro da quanto sopra, stiamo parlando di ambienti trasparenti. Come esempi abbiamo dato aria, acqua, diamante. Ma che dire di legno, granito, plastica? Esiste un indice di rifrazione per loro? La risposta è complicata, ma in generale - sì.

Prima di tutto, è necessario prendere in considerazione che tipo di luce abbiamo a che fare. Quegli ambienti che sono opachi ai fotoni visibili vengono tagliati con raggi X o raggi gamma. Cioè, se fossimo tutti dei superuomini, allora il mondo intero intorno a noi sarebbe trasparente, ma in vari gradi. Ad esempio, le pareti di cemento non sarebbero più dense di gelatina e gli accessori metallici sembrerebbero come pezzi di frutta più densa.

Per altre particelle elementari, i muoni, il nostro pianeta è generalmente trasparente attraverso e attraverso. Un tempo, gli scienziati avevano molti problemi a dimostrare il vero fatto della loro esistenza. I milioni di muoni ci trapassano ogni secondo, ma la probabilità di una collisione di almeno una particella con la materia è molto piccola, ed è molto difficile risolverla. A proposito, presto il Baikal diventerà un posto per "prendere" i muoni. La sua acqua profonda e limpida è l'ideale per questo - soprattutto in inverno. La cosa principale è che i sensori non si congelano. Pertanto, l'indice di rifrazione del calcestruzzo, ad esempio, per i fotoni a raggi X ha senso. Inoltre, l'irradiazione di una sostanza con i raggi X è uno dei modi più accurati e importanti per studiare la struttura dei cristalli.

Vale anche la pena di ricordare che in senso matematico le sostanze opache per un dato intervallo possiedono un indice di rifrazione immaginario. Infine, dobbiamo capire che la temperatura di una sostanza può anche influenzare la sua trasparenza.