مؤشر الانكسار(معامل الانكسار) - بصري. الخصائص البيئية المرتبطة انكسار الضوءعند السطح البيني بين وسيطين شفافين متجانسين بصريًا وخواص الخواص أثناء انتقاله من وسيط إلى آخر وبسبب الاختلاف في سرعات الطور لانتشار الضوء في الوسائط. قيمة P. p. ، تساوي نسبة هذه السرعات. نسبي

ص.من هذه البيئات. إذا سقط الضوء على الوسيط الثاني أو الأول من (حيث سرعة انتشار الضوء مع)ثم الكميات المطلقة P. p. من هذه البيئات. في هذه الحالة ، يمكن كتابة قانون الانكسار بالشكل حيث وزاويتا السقوط والانكسار.

يعتمد حجم P. p. المطلق على طبيعة وبنية المادة ، لها حالة التجميع، ودرجات الحرارة ، والضغوط ، وما إلى ذلك. في الشدة العالية ، P. p. يعتمد على شدة الضوء (انظر. البصريات غير الخطية). في عدد من المواد ، تتغير P. P. تحت تأثير العوامل الخارجية. كهربائي مجالات ( تأثير كير- في السوائل والغازات. الكهروضوئية تأثير Pockels- في بلورات).

بالنسبة لوسط معين ، يعتمد نطاق الامتصاص على الطول الموجي l للضوء ، وفي منطقة نطاقات الامتصاص ، يكون هذا الاعتماد غير طبيعي (انظر الشكل. تشتت الضوء). بالنسبة لجميع الوسائط تقريبًا ، يكون نطاق الامتصاص قريبًا من 1 ؛ وفي المنطقة المرئية للسوائل والمواد الصلبة ، يكون حوالي 1.5 ؛ في منطقة IR لعدد من الوسائط الشفافة 4.0 (لـ Ge).

أشعل.: Landsberg G. S. ، Optics ، 5th ed. ، M. ، 1976 ؛ Sivukhin D.V. ، دورة عامة، 2nd ed.، [vol. 4] - البصريات ، م ، 1985. ف. أولا ماليشيف,

انكسار الضوء- ظاهرة يغير فيها شعاع من الضوء ، يمر من وسيط إلى آخر ، اتجاهه عند حدود هذه الوسائط.

يحدث انكسار الضوء وفق القانون الآتي:
تقع الأشعة الساقطة والأشعة المنكسرة والعمودية المرسومة على السطح البيني بين وسيطين عند نقطة وقوع الحزمة في نفس المستوى. نسبة جيب الزاوية لزاوية السقوط إلى جيب الزاوية لزاوية الانكسار هي قيمة ثابتة لوسائط اثنين:
,
أين α - زاوية السقوط،
β - زاوية الانكسار
ن - ثابت، بغض النظر عن زاوية السقوط.

عندما تتغير زاوية السقوط ، تتغير زاوية الانكسار أيضًا. كلما زادت زاوية السقوط ، زادت زاوية الانكسار.
إذا انتقل الضوء من وسط أقل كثافة بصريًا إلى وسط أكثر كثافة ، فإن زاوية الانكسار تكون دائمًا أقل من زاوية السقوط: β < α.
يمر شعاع من الضوء موجه بشكل عمودي على السطح البيني بين وسيطين من وسيط إلى آخر بدون انكسار.

معامل الانكسار المطلق للمادة- قيمة مساوية لنسبة سرعات طور الضوء (الموجات الكهرومغناطيسية) في الفراغ وفي وسط معين n = c / v
تسمى القيمة n المضمنة في قانون الانكسار معامل الانكسار النسبي لزوج من الوسائط.

القيمة n هي معامل الانكسار النسبي للوسيط B فيما يتعلق بالمتوسط ​​A ، و n "= 1 / n هو معامل الانكسار النسبي للوسط A فيما يتعلق بالوسط B.
هذه القيمة مع أخرى شروط متساويةأكبر من الوحدة عندما تنتقل الحزمة من وسط أكثر كثافة إلى وسيط أقل كثافة ، و أقل من واحدعندما تنتقل الحزمة من وسط أقل كثافة إلى وسط أكثر كثافة (على سبيل المثال ، من غاز أو من فراغ إلى سائل أو صلب). هناك استثناءات لهذه القاعدة ، وبالتالي فمن المعتاد استدعاء وسيط بصريًا أكثر أو أقل كثافة من الآخر.
الشعاع الذي يسقط من الفضاء الخالي من الهواء على سطح بعض الوسط B ينكسر بشدة أكثر من السقوط عليه من وسط آخر A ؛ يُطلق على معامل الانكسار لحادث شعاع على وسط من الفضاء الخالي من الهواء اسم معامل الانكسار المطلق.

(مطلق - نسبة إلى الفراغ.
نسبي - نسبة إلى أي مادة أخرى (نفس الهواء ، على سبيل المثال).
المؤشر النسبي لمادتين هو نسبة مؤشراتهما المطلقة.)

انعكاس داخلي كامل- الانعكاس الداخلي ، بشرط أن تتجاوز زاوية السقوط زاوية حرجة معينة. في هذه الحالة ، تنعكس موجة الحادث تمامًا ، وتتجاوز قيمة معامل الانعكاس أكثر من قيمتها قيم كبيرةللأسطح المصقولة. لا يعتمد معامل الانعكاس للانعكاس الداخلي الكلي على الطول الموجي.

في البصريات ، تُلاحظ هذه الظاهرة لمجموعة واسعة من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك نطاق الأشعة السينية.

في علم البصريات الهندسية ، يتم شرح الظاهرة من منظور قانون سنيل. مع الأخذ في الاعتبار أن زاوية الانكسار لا يمكن أن تتجاوز 90 درجة ، نحصل عليها بزاوية سقوط ، جيبها المزيد من الموقفمن معامل انكسار منخفض إلى مؤشر أعلى ، يجب أن تنعكس الموجة الكهرومغناطيسية بالكامل في الوسط الأول.

وفقًا لنظرية الموجة للظاهرة ، فإن الموجة الكهرومغناطيسية تخترق الوسط الثاني - تنتشر هناك ما يسمى بـ "الموجة غير المنتظمة" ، والتي تتحلل أسيًا ولا تحمل معها الطاقة. العمق المميز لاختراق موجة غير متجانسة في الوسط الثاني يكون بترتيب الطول الموجي.

قوانين انكسار الضوء.

ومن كل ما قيل نستنتج:
1 . في الواجهة بين وسيطين مختلفين الكثافة الضوئية ، يغير شعاع الضوء اتجاهه عند المرور من وسيط إلى آخر.
2. عندما يمر شعاع ضوئي إلى وسط ذي كثافة بصرية أعلى ، تكون زاوية الانكسار أقل من زاوية السقوط ؛ عندما يمر شعاع ضوئي من وسط كثيف بصريًا إلى وسط أقل كثافة ، تكون زاوية الانكسار أكبر من زاوية السقوط.
يصاحب انكسار الضوء انعكاس ، ومع زيادة زاوية السقوط يزداد سطوع الحزمة المنعكسة ، بينما يضعف الانكسار. يمكن ملاحظة ذلك من خلال إجراء التجربة الموضحة في الشكل. وبالتالي ، فإن الحزمة المنعكسة تحمل معها المزيد من الطاقة الضوئية ، وكلما زادت زاوية السقوط.

يترك MN- الواجهة بين وسيطين شفافين ، على سبيل المثال ، الهواء والماء ، هيئة الأوراق المالية- شعاع ساقط OV- شعاع منكسر ، - زاوية السقوط ، - زاوية الانكسار ، - سرعة انتشار الضوء في الوسط الأول ، - سرعة انتشار الضوء في الوسط الثاني.

معامل الانكسار

معامل الانكسارالمواد - قيمة مساوية لنسبة سرعات طور الضوء (الموجات الكهرومغناطيسية) في الفراغ وفي وسط معين. أيضًا ، يتم التحدث عن معامل الانكسار أحيانًا لأي موجات أخرى ، على سبيل المثال ، الصوت ، على الرغم من أنه في حالات مثل الأخيرة ، يجب بالطبع تعديل التعريف بطريقة ما.

يعتمد معامل الانكسار على خصائص المادة والطول الموجي للإشعاع ، فبعض المواد يتغير معامل الانكسار بشدة عندما يتغير تردد الموجات الكهرومغناطيسية من الترددات المنخفضة إلى الترددات الضوئية وما بعدها ، ويمكن أيضًا أن يتغير بشكل أكثر حدة في بعض المواد. مناطق مقياس التردد. عادةً ما يكون الافتراضي هو النطاق البصري ، أو النطاق الذي يحدده السياق.

الروابط

• RefractiveIndex.INFO قاعدة بيانات مؤشر الانكسار

مؤسسة ويكيميديا. 2010.

شاهد ما هو "معامل الانكسار" في القواميس الأخرى:

بالنسبة إلى وسيطين n21 ، فإن النسبة الخالية من الأبعاد لسرعات انتشار الإشعاع البصري (c veta a) في الوسيط الأول (c1) والثاني (c2): n21 = c1 / c2. في نفس الوقت يشير. P. p. هي نسبة جيوب g وسقوط j و g l ... ... موسوعة فيزيائية

انظر معامل الانكسار ...

انظر مؤشر الانكسار. * * * مؤشر الانكسار الفهرس الانكساري ، انظر مؤشر الانكسار (انظر الفهرس الانكساري) ... قاموس موسوعي- مؤشر الانكسار ، قيمة تميز الوسط وتساوي نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في الوسط (معامل الانكسار المطلق). يعتمد معامل الانكسار n على العازل الكهربائي والنفاذية المغناطيسية m ... ... يتضح قاموس موسوعي

- (انظر المؤشر الانكساري). قاموس موسوعي فيزيائي. موسكو: الموسوعة السوفيتية. رئيس التحريرإيه إم بروخوروف. 1983 ... موسوعة فيزيائية

انظر معامل الانكسار ... الموسوعة السوفيتية العظمى

نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في الوسط (معامل الانكسار المطلق). معامل الانكسار النسبي لوسائط 2 هو نسبة سرعة الضوء في الوسط الذي يسقط منه الضوء على الواجهة إلى سرعة الضوء في الثانية ... ... قاموس موسوعي كبير

يُطلق على الانكسار رقمًا تجريديًا معينًا يميز قوة الانكسار لأي وسيط شفاف. من المعتاد تعيينه n. هناك معامل انكسار مطلق ومعامل نسبي.

يتم حساب الأول باستخدام إحدى الصيغتين:

n = sin α / sin β = const (حيث sin α هو جيب زاوية السقوط ، و sin هو جيب شعاع الضوء الذي يدخل الوسط قيد النظر من الفراغ)

n = c / υ λ (حيث c هي سرعة الضوء في الفراغ ، υ λ هي سرعة الضوء في الوسط قيد الدراسة).

هنا ، يوضح الحساب عدد المرات التي يغير فيها الضوء سرعة انتشاره في لحظة الانتقال من الفراغ إلى وسط شفاف. بهذه الطريقة ، يتم تحديد معامل الانكسار (المطلق). لمعرفة النسبي ، استخدم الصيغة:

وهذا يعني أن مؤشرات الانكسار المطلقة للمواد ذات الكثافة المختلفة ، مثل الهواء والزجاج ، تؤخذ في الاعتبار.

بشكل عام ، إذن المعاملات المطلقةأي أجسام ، سواء كانت غازية أو سائلة أو صلبة ، تكون دائمًا أكبر من 1. بشكل أساسي ، تتراوح قيمها من 1 إلى 2. أعلى من 2 ، يمكن أن تكون هذه القيمة فقط في حالات استثنائية. قيمة هذه المعلمة لبعض البيئات:

هذه القيمة ، عند تطبيقها على أصعب مادة طبيعية على الكوكب ، الماس ، هي 2.42. في كثير من الأحيان ، عند إجراء البحث العلمي ، وما إلى ذلك ، من الضروري معرفة معامل انكسار الماء. هذه المعلمة هي 1.334.

نظرًا لأن الطول الموجي هو مؤشر ، بالطبع ، ليس ثابتًا ، يتم تعيين فهرس للحرف n. تساعد قيمته على فهم أي موجة من الطيف يشير إليها هذا المعامل. عند النظر إلى نفس المادة ، ولكن مع زيادة الطول الموجي للضوء ، سينخفض ​​معامل الانكسار. تسبب هذا الظرف في تحلل الضوء إلى طيف عند المرور عبر العدسة أو المنشور وما إلى ذلك.

من خلال قيمة معامل الانكسار ، يمكنك تحديد ، على سبيل المثال ، مقدار المادة المذابة في مادة أخرى. هذا مفيد ، على سبيل المثال ، في التخمير أو عندما تحتاج إلى معرفة تركيز السكر أو الفاكهة أو التوت في العصير. هذا المؤشر مهم أيضًا في تحديد جودة المنتجات البترولية ، وفي المجوهرات ، عندما يكون من الضروري إثبات صحة الحجر ، وما إلى ذلك.

بدون استخدام أي مادة ، سيكون المقياس المرئي في العدسة العينية للأداة أزرق بالكامل. إذا كنت تسقط على منشور من الماء المقطر العادي ، مع المعايرة الصحيحة للأداة ، فإن الحدود الزرقاء و ورود بيضاءسيذهب مباشرة إلى الصفر. عند فحص مادة أخرى ، فإنها ستتحرك على طول المقياس وفقًا لمعامل الانكسار الموجود بها.

البصريات هي واحدة من أقدم فروع الفيزياء. منذ اليونان القديمة ، اهتم العديد من الفلاسفة بقوانين الحركة وانتشار الضوء في مختلف المواد الشفافة مثل الماء والزجاج والماس والهواء. في هذه المقالة ، يتم النظر في ظاهرة انكسار الضوء ، ويتركز الاهتمام على معامل انكسار الهواء.

تأثير انكسار شعاع الضوء

لقد واجه كل شخص في حياته هذا التأثير مئات المرات عندما نظر إلى قاع خزان أو إلى كوب من الماء مع بعض الأشياء الموضوعة فيه. في الوقت نفسه ، لا يبدو الخزان عميقًا كما كان في الواقع ، وبدت الأشياء الموجودة في كوب من الماء مشوهة أو مكسورة.

تتكون ظاهرة الانكسار من انقطاع في مسارها المستقيم عندما تعبر الواجهة بين مادتين شفافتين. تلخيص عدد كبير منمن هذه التجارب ، في بداية القرن السابع عشر ، حصل الهولندي ويلبرورد سنيل على تعبير رياضي يصف هذه الظاهرة بدقة. هذا التعبير مكتوب بالشكل التالي:

n 1 * sin (θ 1) = n 2 * sin (θ 2) = const.

هنا n 1 ، n 2 هي مؤشرات الانكسار المطلقة للضوء في المادة المقابلة ، θ 1 و 2 هما الزاويتان بين الحزم الساقطة والمنكسرة والعمودي على مستوى الواجهة ، والذي يتم رسمه من خلال نقطة تقاطع الحزمة وهذه الطائرة.

تسمى هذه الصيغة قانون سنيل أو سنيل ديكارت (كان الفرنسي هو الذي كتبها بالشكل المقدم ، ولم يستخدم الهولندي الجيب ، بل وحدات الطول).

بالإضافة إلى هذه الصيغة ، فإن ظاهرة الانكسار موصوفة بقانون آخر ، وهو هندسي بطبيعته. يكمن في حقيقة أن العمودية المميزة على المستوى وشعاعين (منكسرين وواقعيين) تقعان في نفس المستوى.

معامل الانكسار المطلق

يتم تضمين هذه القيمة في صيغة Snell ، ويتم تشغيل قيمتها دور مهم. رياضيا ، معامل الانكسار n يتوافق مع الصيغة:

الرمز c هو سرعة الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ. تبلغ حوالي 3 * 10 8 م / ث. القيمة v هي سرعة الضوء في الوسط. وبالتالي ، فإن معامل الانكسار يعكس مقدار تباطؤ الضوء في وسط فيما يتعلق بالفضاء الخالي من الهواء.

استنتاجان مهمان يتبعان الصيغة أعلاه:

• قيمة n دائمًا أكبر من 1 (بالنسبة للفراغ تساوي واحدًا) ؛
• إنها كمية بلا أبعاد.

على سبيل المثال ، معامل انكسار الهواء هو 1.00029 ، بينما يبلغ 1.33 في الماء.

معامل الانكسار ليس قيمة ثابتة لوسط معين. ذلك يعتمد على درجة الحرارة. علاوة على ذلك ، لكل تردد من الموجات الكهرومغناطيسية معنى خاص به. لذا ، فإن الأرقام أعلاه تتوافق مع درجة حرارة 20 درجة مئوية والجزء الأصفر من الطيف المرئي (الطول الموجي - حوالي 580-590 نانومتر).

يتجلى اعتماد قيمة n على تردد الضوء في تحلل الضوء الأبيض بواسطة المنشور إلى عدد من الألوان ، وكذلك في تكوين قوس قزح في السماء أثناء هطول أمطار غزيرة.

معامل انكسار الضوء في الهواء

تم بالفعل ذكر قيمتها (1.00029) أعلاه. نظرًا لأن معامل الانكسار للهواء يختلف فقط في الخانة العشرية الرابعة عن الصفر ، فعند حل المشكلات العملية يمكن اعتباره مساويًا للواحد. يشير الاختلاف البسيط بين n للهواء والوحدة إلى أن الضوء لا يتباطأ عمليًا بواسطة جزيئات الهواء ، وهو ما يرتبط بكثافته المنخفضة نسبيًا. وبالتالي ، يبلغ متوسط ​​كثافة الهواء 1.225 كجم / م 3 ، أي أكثر من 800 مرة أخف من الماء العذب.

الهواء هو وسط رقيق بصريا. إن عملية إبطاء سرعة الضوء في مادة ما هي عملية ذات طبيعة كمومية وترتبط بأفعال امتصاص وانبعاث الفوتونات بواسطة ذرات المادة.

تؤدي التغييرات في تكوين الهواء (على سبيل المثال ، زيادة محتوى بخار الماء فيه) والتغيرات في درجة الحرارة إلى تغييرات كبيرة في معامل الانكسار. مثال ممتازهو تأثير السراب في الصحراء والذي يحدث بسبب الاختلاف في مؤشرات الانكسار لطبقات الهواء مع درجات حرارة مختلفة.

واجهة زجاج-هواء

الزجاج هو وسط أكثر كثافة من الهواء. يتراوح معامل الانكسار المطلق لها من 1.5 إلى 1.66 ، اعتمادًا على نوع الزجاج. إذا أخذنا متوسط ​​القيمة 1.55 ، فيمكن حساب انكسار الحزمة عند السطح الزجاجي باستخدام الصيغة:

الخطيئة (θ 1) / الخطيئة (θ 2) \ u003d n 2 / n 1 \ u003d n 21 \ u003d 1.55.

تسمى قيمة n 21 معامل الانكسار النسبي للهواء - الزجاج. إذا خرج الشعاع من الزجاج في الهواء ، فيجب استخدام الصيغة التالية:

الخطيئة (θ 1) / الخطيئة (θ 2) \ u003d n 2 / n 1 \ u003d n 21 \ u003d 1 / 1.55 \ u003d 0.645.

إذا كانت زاوية الشعاع المنكسر الحالة الأخيرةسوف تساوي 90 o ، ثم المقابل يسمى حرجة. بالنسبة لحدود الهواء الزجاجي ، فهي تساوي:

θ 1 = قوسين (0.645) = 40.17 س.

إذا سقطت الحزمة على حدود الزجاج والهواء بزوايا أكبر من 40.17 o ، فسوف تنعكس تمامًا مرة أخرى في الزجاج. هذه الظاهرة تسمى "الانعكاس الداخلي الكلي".

توجد الزاوية الحرجة فقط عندما تتحرك الحزمة من وسط كثيف (من الزجاج إلى الهواء ، ولكن ليس العكس).