Laboratorijski rad

Refrakcija svjetlosti. Mjerenje indeksa prelamanja tekućine

sa refraktometrom

Cilj: produbljivanje ideja o fenomenu prelamanja svjetlosti; proučavanje metoda za mjerenje indeksa prelamanja tečnih medija; proučavanje principa rada refraktometra.

Oprema: refraktometar, fiziološki rastvori, pipeta, mekana krpa za brisanje optičkih delova uređaja.

Teorija

Zakoni refleksije i prelamanja svjetlosti. indeks prelamanja.

Na granici između medija, svjetlost mijenja smjer svog širenja. Dio svjetlosne energije se vraća u prvi medij, tj. svetlost se reflektuje. Ako je drugi medij providan, tada dio svjetlosti, pod određenim uvjetima, prolazi kroz međuprostor između medija, mijenjajući, po pravilu, smjer širenja. Ova pojava se naziva lom svjetlosti. (Sl. 1).

Rice. 1. Refleksija i prelamanje svjetlosti na ravnoj granici između dva medija.

Smjer reflektiranih i prelomljenih zraka tokom prolaska svjetlosti kroz ravnu međuprostoru između dva prozirna medija određen je zakonima refleksije i prelamanja svjetlosti.

Zakon refleksije svjetlosti. Reflektirani zrak leži u istoj ravni kao i upadni zrak i normala je vraćena u ravninu sučelja u tački upada. Upadni ugao jednak je uglu refleksije .

Zakon prelamanja svetlosti. Prelomljeni snop leži u istoj ravni kao i upadni snop, a normala je vraćena u ravninu interfejsa u tački upada. Omjer sinusa upadnog ugla α na sinus ugla prelamanja β postoji konstantna vrijednost za ova dva medija, koja se naziva relativni indeks loma drugog medija u odnosu na prvi:

Relativni indeks loma dva medija jednaka je omjeru brzine svjetlosti u prvom mediju v 1 i brzine svjetlosti u drugom mediju v 2:

Ako svjetlost ide iz vakuuma u medij, tada se indeks loma medija u odnosu na vakuum naziva apsolutni indeks loma ovog medija i jednak je omjeru brzine svjetlosti u vakuumu. With na brzinu svjetlosti u datom mediju v:

Apsolutni indeksi prelamanja su uvijek veći od jedan; za vazduh n uzeti kao jedinica.

Relativni indeks loma dva medija može se izraziti u smislu njihovih apsolutnih indeksa n 1 i n 2 :

Određivanje indeksa prelamanja tečnosti

Za brzo i praktično određivanje indeksa prelamanja tečnosti postoje specijalni optički instrumenti - refraktometri, čiji su glavni deo dve prizme (slika 2): pomoćna itd. jedan i merenje Primjer 2. Testna tečnost se sipa u razmak između prizmi.

Prilikom mjerenja indikatora mogu se koristiti dvije metode: metoda grejnog zraka (za prozirne tekućine) i metoda ukupne unutrašnje refleksije (za tamne, mutne i obojene otopine). U ovom radu koristi se prvi od njih.

U metodi grejnog zraka, svjetlost iz vanjskog izvora prolazi kroz lice AB prizme Primjer 1, difundira na svojoj mat površini AC a zatim kroz sloj ispitivane tečnosti prodire u prizmu Primjer 2. Mat površina postaje izvor zraka iz svih pravaca, pa se može posmatrati kroz lice EF prizme Primjer 2. Međutim, linija AC može se videti kroz EF samo pod uglom većim od nekog graničnog minimalnog ugla i. Vrijednost ovog ugla je jedinstveno povezana s indeksom loma tekućine koja se nalazi između prizmi, što će biti glavna ideja dizajna refraktometra.

Razmotrite prolaz svjetlosti kroz lice EF donja mjerna prizma Primjer 2. Kao što se može vidjeti sa sl. 2, primjenom dvostrukog zakona prelamanja svjetlosti, možemo dobiti dva odnosa:

Rješavajući ovaj sistem jednačina, lako je doći do zaključka da je indeks loma tečnosti

zavisi od četiri veličine: Q, r, r 1 i i. Međutim, nisu svi nezavisni. Na primjer,

r+ s= R , (4)

gdje R - ugao prelamanja prizme Primjer 2. Osim toga, postavljanjem ugla Q maksimalna vrijednost je 90°, iz jednačine (1) dobijamo:

Ali maksimalna vrijednost ugla r , kao što se može videti sa sl. 2 i relacije (3) i (4), odgovaraju minimalnim vrijednostima uglova i i r 1 , one. i min i r min .

Dakle, indeks loma tekućine za slučaj "klizećih" zraka povezan je samo s kutom i. U ovom slučaju postoji minimalna vrijednost ugla i, kada je ivica AC i dalje se posmatra, tj. u vidnom polju izgleda da je zrcalno bela. Za manje uglove gledanja ivica se ne vidi, a u vidnom polju ovo mjesto izgleda crno. Budući da teleskop instrumenta hvata relativno široku kutnu zonu, u vidnom polju se istovremeno uočavaju svijetle i crne oblasti, granica između kojih odgovara minimalnom kutu posmatranja i nedvosmisleno je povezana sa indeksom prelamanja tekućine. Koristeći konačnu formulu za izračunavanje:

(njegov zaključak je izostavljen) i broj tekućina sa poznatim indeksima prelamanja, moguće je kalibrirati uređaj, tj. uspostaviti korespondenciju jedan prema jedan između indeksa loma tekućina i uglova i min . Sve gornje formule su izvedene za zrake bilo koje talasne dužine.

Svjetlost različitih valnih dužina će se lomiti, uzimajući u obzir disperziju prizme. Dakle, kada je prizma osvijetljena bijelim svjetlom, interfejs će biti zamućen i obojen u različite boje zbog disperzije. Stoga svaki refraktometar ima kompenzator koji vam omogućava da eliminišete rezultat disperzije. Može se sastojati od jedne ili dvije prizme direktnog vida - Amici prizme. Svaka Amici prizma se sastoji od tri staklene prizme s različitim indeksima loma i različitim disperzijama, na primjer, vanjske prizme su izrađene od krunskog stakla, a srednja prizma je od kremenog stakla (krunsko staklo i flint staklo su vrste stakla). Okretanjem kompenzatorske prizme uz pomoć posebnog uređaja postiže se oštra, bezbojna slika sučelja, čiji položaj odgovara vrijednosti indeksa prelamanja žute natrijeve linije λ \u003d 5893 Å (prizme su dizajnirane tako da zrake s talasnom dužinom od 5893 Å ne doživljavaju odstupanja u njima).

Zrake koje su prošle kroz kompenzator ulaze u objektiv teleskopa, zatim prolaze kroz reverznu prizmu kroz okular teleskopa u oko posmatrača. Šematski tok zraka prikazan je na sl. 3.

Skala refraktometra je kalibrirana u smislu indeksa loma i koncentracije otopine saharoze u vodi i nalazi se u fokalnoj ravni okulara.

eksperimentalni dio

Zadatak 1. Provjera refraktometra.

Svjetlo s ogledalom usmjerite na pomoćnu prizmu refraktometra. Uz podignutu pomoćnu prizmu, pipetirajte nekoliko kapi destilovane vode na mjernu prizmu. Spuštanjem sekundarne prizme postignite najbolje osvjetljenje vidnog polja i postavite okular tako da se križić i skala indeksa prelamanja mogu jasno vidjeti. Okretanjem kamere mjerne prizme dobijate granicu svjetlosti i sjene u vidnom polju. Rotacijom glave kompenzatora postići eliminaciju obojenosti granice svjetla i sjene. Poravnajte granicu svjetla i sjene s tačkom križanja i izmjerite indeks prelamanja vode n ism . Ako refraktometar radi, tada bi vrijednost za destiliranu vodu trebala biti n 0 = 1.333, ako se očitanja razlikuju od ove vrijednosti, morate odrediti korekciju Δn= n ism - 1,333, što bi trebalo uzeti u obzir u daljem radu sa refraktometrom. Ispravite u tabeli 1.

Tabela 1.

	n 0	n ism	Δ n
H 2 O

Zadatak 2. Određivanje indeksa prelamanja tekućine.

Odrediti indekse loma otopina poznatih koncentracija, uzimajući u obzir pronađenu korekciju.

Tabela 2.

C, oko. %	n ism	n ist

Nacrtajte ovisnost indeksa loma otopina natrijevog klorida o koncentraciji prema dobivenim rezultatima. Donesite zaključak o zavisnosti n od C; izvući zaključke o tačnosti mjerenja na refraktometru.

Uzmite otopinu soli nepoznate koncentracije OD x , odrediti njegov indeks loma i iz grafikona pronaći koncentraciju otopine.

Očistite radno mjesto, pažljivo obrišite prizme refraktometara vlažnom čistom krpom.

test pitanja

Refleksija i prelamanje svjetlosti.

Apsolutni i relativni indeksi prelamanja medija.

Princip rada refraktometra. Metoda kliznih greda.

Šematski tok zraka u prizmi. Zašto su potrebne kompenzatorske prizme?

Širenje, refleksija i prelamanje svjetlosti

Priroda svjetlosti je elektromagnetna. Jedan od dokaza za to je podudarnost brzina elektromagnetnih talasa i svetlosti u vakuumu.

U homogenom mediju, svjetlost se širi pravolinijski. Ova izjava se zove zakon pravolinijskog širenja svjetlosti. Eksperimentalni dokaz ovog zakona su oštre sjene koje daju tačkasti izvori svjetlosti.

Geometrijska linija koja pokazuje smjer širenja svjetlosti naziva se svjetlosni snop. U izotropnom mediju, svjetlosni zraci su usmjereni okomito na front valova.

Lokus tačaka sredine koja osciluje u istoj fazi naziva se talasna površina, a skup tačaka do kojih je oscilacija dosegla datu tačku u vremenu naziva se front talasa. Ovisno o vrsti valnog fronta, razlikuju se ravni i sferni valovi.

Da bi se objasnio proces širenja svetlosti, koristi se opšti princip talasne teorije o kretanju fronta talasa u prostoru, koji je predložio holandski fizičar H. Huygens. Prema Huygensovom principu, svaka tačka medija do koje dopire svjetlosna pobuda je centar sfernih sekundarnih valova, koji se također šire brzinom svjetlosti. Površinski omotač frontova ovih sekundarnih talasa daje položaj fronta talasa koji se stvarno širi u tom trenutku.

Potrebno je razlikovati svjetlosne zrake i svjetlosne zrake. Svjetlosni snop je dio svjetlosnog vala koji nosi svjetlosnu energiju u datom smjeru. Prilikom zamjene svjetlosnog snopa svjetlosnim snopom koji ga opisuje, potonji se mora uzeti u obzir da se poklapa s osi prilično uskog, ali koji ima konačnu širinu (dimenzije poprečnog presjeka su mnogo veće od valne dužine), svjetlosnog snopa.

Postoje divergentni, konvergentni i kvaziparalelni svjetlosni snopovi. Često se koriste termini snop svjetlosnih zraka ili jednostavno svjetlosni zraci, što znači skup svjetlosnih zraka koji opisuju pravi svjetlosni snop.

Brzina svjetlosti u vakuumu c = 3 108 m/s je univerzalna konstanta i ne ovisi o frekvenciji. Prvi put je danski naučnik O. Römer eksperimentalno odredio brzinu svjetlosti astronomskom metodom. A. Michelson je preciznije izmjerio brzinu svjetlosti.

Brzina svjetlosti u materiji je manja nego u vakuumu. Omjer brzine svjetlosti u vakuumu i njene brzine u datoj sredini naziva se apsolutni indeks prelamanja medija:

gdje je c brzina svjetlosti u vakuumu, v je brzina svjetlosti u datom mediju. Apsolutni indeksi prelamanja svih supstanci su veći od jedinice.

Kada se svjetlost širi u mediju, apsorbira se i raspršuje, a na granici između medija se odbija i lomi.

Zakon refleksije svjetlosti: upadni snop, reflektirani snop i okomita na granicu između dva medija, obnovljena u tački upada snopa, leže u istoj ravni; ugao refleksije g jednak je upadnom uglu a (slika 1). Ovaj zakon se poklapa sa zakonom refleksije za talase bilo koje prirode i može se dobiti kao posledica Hajgensovog principa.

Zakon prelamanja svjetlosti: upadni snop, prelomljeni snop i okomita na granicu između dva medija, obnovljena u tački upada zraka, leže u istoj ravni; omjer sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja za datu frekvenciju svjetlosti je konstantna vrijednost, koja se naziva relativni indeks loma drugog medija u odnosu na prvi:

Eksperimentalno utvrđeni zakon prelamanja svjetlosti objašnjen je na osnovu Huygensovog principa. Prema konceptima talasa, refrakcija je posledica promene brzine prostiranja talasa pri prelasku iz jednog medija u drugi, a fizičko značenje relativnog indeksa prelamanja je odnos brzine prostiranja talasa u prvom mediju v1 prema brzina njihovog širenja u drugom mediju

Za medije s apsolutnim indeksima loma n1 i n2, relativni indeks loma drugog medija u odnosu na prvi jednak je omjeru apsolutnog indeksa loma drugog medija i apsolutnog indeksa prelamanja prvog medija:

Medij koji ima veći indeks loma naziva se optički gušći, brzina prostiranja svjetlosti u njemu je manja. Ako svjetlost prelazi iz optički gušće sredine u optički manje gustu, tada bi pri određenom upadnom kutu a0 ugao prelamanja trebao postati jednak p/2. Intenzitet prelomljenog zraka u ovom slučaju postaje jednak nuli. Upad svjetlosti na sučelje između dva medija se u potpunosti odbija od njega.

Upadni ugao a0 pod kojim dolazi do ukupne unutrašnje refleksije svetlosti naziva se granični ugao ukupne unutrašnje refleksije. Pri svim upadnim uglovima jednakim ili većim od a0 dolazi do totalne refleksije svjetlosti.

Vrijednost graničnog ugla nalazi se iz odnosa Ako je n2 = 1 (vakuum), onda

2 Indeks prelamanja supstance je vrednost jednaka odnosu faznih brzina svetlosti (elektromagnetnih talasa) u vakuumu i u datom mediju. Oni također govore o indeksu loma za bilo koje druge valove, na primjer, zvuk

Indeks loma ovisi o svojstvima tvari i valnoj dužini zračenja, za neke tvari se indeks loma mijenja prilično snažno kada se frekvencija elektromagnetnih valova mijenja od niskih frekvencija do optičkih i dalje, a također se može još oštrije promijeniti u određenim područja frekvencijske skale. Zadani je obično optički raspon, ili raspon određen kontekstom.

Postoje optički anizotropne tvari kod kojih indeks loma ovisi o smjeru i polarizaciji svjetlosti. Takve tvari su prilično česte, posebno, to su svi kristali s dovoljno niskom simetrijom kristalne rešetke, kao i tvari podvrgnute mehaničkoj deformaciji.

Indeks loma može se izraziti kao korijen proizvoda magnetne i permitivnosti medija

(mora se uzeti u obzir da se vrijednosti magnetske permeabilnosti i indeksa apsolutne permitivnosti za frekvencijski opseg od interesa - na primjer, optički, mogu jako razlikovati od statičke vrijednosti ovih vrijednosti).

Za mjerenje indeksa loma koriste se ručni i automatski refraktometri. Kada koristite refraktometar za određivanje koncentracije šećera u vodenoj otopini, uređaj se naziva saharimetar.

Odnos sinusa upadnog ugla () snopa i sinusa ugla prelamanja () tokom prelaska zraka iz medija A u medij B naziva se relativni indeks prelamanja za ovaj par medija.

Količina n je relativni indeks prelamanja medija B u odnosu na medij A, an" = 1/n je relativni indeks prelamanja medija A u odnosu na medij B.

Ova vrijednost, ceteris paribus, obično je manja od jedinice kada snop prelazi iz gušćeg medija u manje gust medij i više od jedinice kada snop prelazi iz manje gustog medija u gušći medij (na primjer, iz plina ili iz vakuuma u tečnost ili čvrstu supstancu). Postoje izuzeci od ovog pravila i stoga je uobičajeno da se medij naziva optički više ili manje gustim od drugog (ne treba ga brkati sa optičkom gustoćom kao merom neprozirnosti medija).

Snop koji pada iz bezzračnog prostora na površinu nekog medija B prelama se jače nego kada na njega pada iz drugog medija A; indeks prelamanja zraka koji upada na medij iz bezzračnog prostora naziva se njegov apsolutni indeks loma ili jednostavno indeks prelamanja ovog medija, to je indeks prelamanja čija je definicija data na početku članka. Indeks loma bilo kojeg plina, uključujući zrak, u normalnim uvjetima je mnogo manji od indeksa loma tekućina ili čvrstih tvari, stoga se približno (i s relativno dobrom točnošću) apsolutni indeks loma može suditi iz indeksa loma u odnosu na zrak.

Rice. 3. Princip rada interferentnog refraktometra. Snop svjetlosti je podijeljen tako da njegova dva dijela prolaze kroz kivete dužine l ispunjene tvarima s različitim indeksima prelamanja. Na izlasku iz ćelije, zraci dobijaju određenu razliku putanje i, spojeni, daju na ekranu sliku maksimuma i minimuma interferencije sa k redova (šematski prikazano desno). Razlika u indeksima prelamanja Dn=n2 –n1 =kl/2, gdje je l talasna dužina svjetlosti.

Refraktometri su uređaji koji se koriste za mjerenje indeksa prelamanja tvari. Princip rada refraktometra zasniva se na fenomenu totalne refleksije. Ako raspršeni snop svjetlosti padne na sučelje dva medija s indeksima loma i iz optički gušćeg medija, tada, počevši od određenog upadnog ugla, zraci ne ulaze u drugi medij, već se potpuno odbijaju od sučelja u prvi medij. Ovaj ugao se naziva granični ugao ukupne refleksije. Slika 1 prikazuje ponašanje zraka kada padnu u određenu struju ove površine. Zraka ide pod graničnim uglom. Iz zakona refrakcije možete odrediti:, (jer).

Granični ugao zavisi od relativnog indeksa prelamanja dva medija. Ako se zraci reflektirani od površine usmjere na konvergentno sočivo, tada se u žižnoj ravni leće može vidjeti granica svjetlosti i polusjenice, a položaj ove granice ovisi o vrijednosti graničnog ugla, a samim tim i , na indeksu prelamanja. Promjena indeksa prelamanja jednog od medija podrazumijeva promjenu položaja interfejsa. Granica između svjetla i sjene može poslužiti kao indikator pri određivanju indeksa prelamanja, koji se koristi u refraktometrima. Ova metoda određivanja indeksa prelamanja naziva se metoda totalne refleksije.

Pored metode totalne refleksije, refraktometri koriste metodu grejnog zraka. U ovoj metodi, raspršeni svjetlosni snop pogađa granicu iz manje optički gustog medija pod svim mogućim uglovima (slika 2). Zraka koja klizi duž površine (), odgovara - graničnom kutu prelamanja (snopa na sl. 2). Ako stavimo sočivo na putanju zraka () prelomljenih na površini, tada ćemo u fokalnoj ravni leće vidjeti i oštru granicu između svjetlosti i sjene.

Pošto su uslovi koji određuju vrednost graničnog ugla isti u obe metode, položaj interfejsa je isti. Obje metode su ekvivalentne, ali metoda ukupne refleksije omogućava mjerenje indeksa loma neprozirnih supstanci

Putanja zraka u trouglastoj prizmi

Slika 9 prikazuje presjek staklene prizme s ravninom koja je okomita na njene bočne ivice. Snop u prizmi odstupa od osnove, prelamajući se na plohama OA i 0B. Ugao j između ovih strana naziva se lomni ugao prizme. Ugao otklona q zraka ovisi o kutu prelamanja prizme j, indeksu prelamanja n materijala prizme i upadnom kutu a. Može se izračunati korištenjem zakona prelamanja (1.4).

Refraktometar koristi izvor bijele svjetlosti 3. Zbog disperzije kada svjetlost prođe kroz prizme 1 i 2, granica između svjetlosti i sjene ispada da je obojena. Da bi se to izbjeglo, ispred sočiva teleskopa se postavlja kompenzator 4. Sastoji se od dvije identične prizme, od kojih je svaka zalijepljena od tri prizme različitog indeksa prelamanja. Prizme su odabrane tako da monohromatski snop sa talasnom dužinom = 589,3 µm. (valna dužina žute natrijeve linije) nije testirana nakon prolaska kompenzatora skretanja. Zrake s drugim valnim dužinama odbijaju se prizmama u različitim smjerovima. Pomicanjem prizmi kompenzatora uz pomoć posebne ručke granica između svjetla i tame postaje što jasnija.

Zraci svjetlosti, prošavši kompenzator, padaju u sočivo 6 teleskopa. Slika interfejsa svetlost-senka se posmatra kroz okular 7 teleskopa. Istovremeno se kroz okular gleda skala 8. Pošto granični ugao prelamanja i granični ugao ukupne refleksije zavise od indeksa prelamanja tečnosti, vrednosti ​​ovog indeksa prelamanja se odmah ucrtavaju na skala refraktometra.

Optički sistem refraktometra takođe sadrži rotirajuću prizmu 5. Omogućava vam da osi teleskopa postavite okomito na prizme 1 i 2, što čini posmatranje praktičnijim.

Refrakcija se naziva određeni apstraktni broj koji karakterizira moć prelamanja bilo kojeg prozirnog medija. Uobičajeno je da se označava n. Postoje apsolutni indeks prelamanja i relativni koeficijent.

Prvi se izračunava pomoću jedne od dvije formule:

n = sin α / sin β = const (gdje je sin α sinus upadnog ugla, a sin β je sinus snopa svjetlosti koji ulazi u medij koji se razmatra iz praznine)

n = c / υ λ (gdje je c brzina svjetlosti u vakuumu, υ λ brzina svjetlosti u mediju koji se proučava).

Ovdje proračun pokazuje koliko puta svjetlost mijenja svoju brzinu širenja u trenutku prijelaza iz vakuuma u prozirni medij. Na taj način se određuje indeks loma (apsolutni). Da biste saznali relativnu, koristite formulu:

Odnosno, uzimaju se u obzir apsolutni indeksi loma tvari različitih gustoća, kao što su zrak i staklo.

Uopšteno govoreći, apsolutni koeficijenti bilo kojeg tijela, bilo plinovitog, tekućeg ili čvrstog, uvijek su veći od 1. U osnovi, njihove vrijednosti se kreću od 1 do 2. Iznad 2 ova vrijednost može biti samo u izuzetnim slučajevima. Vrijednost ovog parametra za neka okruženja:

Ova vrijednost, kada se primjenjuje na najtvrđu prirodnu supstancu na planeti, dijamant, iznosi 2,42. Vrlo često se prilikom provođenja naučnih istraživanja i sl. traži poznavanje indeksa prelamanja vode. Ovaj parametar je 1.334.

Pošto je talasna dužina indikator, naravno, nije konstantan, indeks se dodeljuje slovu n. Njegova vrijednost pomaže da se shvati na koji se talas spektra ovaj koeficijent odnosi. Kada se razmatra ista supstanca, ali sa povećanjem talasne dužine svetlosti, indeks loma će se smanjiti. Ova okolnost izazvala je razlaganje svjetlosti u spektar pri prolasku kroz sočivo, prizmu itd.

Po vrijednosti indeksa loma možete odrediti, na primjer, koliko je jedne tvari otopljeno u drugoj. Ovo je korisno, na primjer, u pivarstvu ili kada trebate znati koncentraciju šećera, voća ili bobičastog voća u soku. Ovaj pokazatelj je važan i pri određivanju kvaliteta naftnih derivata, te u nakitu, kada je potrebno dokazati autentičnost kamena itd.

Bez upotrebe bilo koje supstance, skala vidljiva u okularu instrumenta će biti potpuno plava. Ako ispustite običnu destiliranu vodu na prizmu, uz ispravnu kalibraciju instrumenta, granica plave i bijele boje proći će striktno duž nulte oznake. Kada ispitujete drugu supstancu, ona će se pomeriti duž skale u skladu sa indeksom loma koju ima.

Lekcija 25/III-1 Širenje svjetlosti u različitim medijima. Refrakcija svjetlosti na granici između dva medija.

Učenje novog gradiva.

Do sada smo razmatrali širenje svjetlosti u jednom mediju, kao i obično - u zraku. Svjetlost se može širiti u različitim medijima: prelaziti iz jednog medija u drugi; u tačkama upada, zraci se ne samo odbijaju od površine, već i delimično prolaze kroz nju. Takvi prijelazi uzrokuju mnoge lijepe i zanimljive pojave.

Promjena smjera širenja svjetlosti koja prolazi kroz granicu dva medija naziva se lom svjetlosti.

Deo svetlosnog snopa koji pada na interfejs između dva prozirna medija se reflektuje, a deo odlazi u drugi medij. U tom slučaju se mijenja smjer svjetlosnog snopa, koji je prošao u drugi medij. Stoga se fenomen naziva refrakcija, a snop se naziva prelomljenim.

1 - upadni snop

2 - reflektovani snop

3 – prelomljeni snop α β

OO 1 - granica između dva medija

MN - okomito O O 1

Ugao koji formira snop i okomita na granicu između dva medija, spušten do tačke upada zraka, naziva se ugao prelamanja γ (gama).

Svjetlost u vakuumu putuje brzinom od 300.000 km/s. U svakom mediju, brzina svjetlosti je uvijek manja nego u vakuumu. Stoga, kada svjetlost prelazi iz jednog medija u drugi, njegova brzina se smanjuje i to je razlog prelamanja svjetlosti. Što je manja brzina širenja svjetlosti u datom mediju, to je veća optička gustoća ovog medija. Na primjer, zrak ima veću optičku gustoću od vakuuma, jer je brzina svjetlosti u zraku nešto manja nego u vakuumu. Optička gustina vode je veća od optičke gustine vazduha, jer je brzina svetlosti u vazduhu veća nego u vodi.

Što se više razlikuju optičke gustoće dva medija, to se više svjetlosti lomi na njihovom međusklopu. Što se brzina svjetlosti više mijenja na granici između dva medija, to se ona više prelama.

Za svaku prozirnu supstancu postoji tako važna fizička karakteristika kao što je indeks loma svjetlosti n. Pokazuje koliko je puta brzina svjetlosti u datoj tvari manja nego u vakuumu.

Indeks prelamanja

Supstanca		Supstanca		Supstanca
		kamena sol		Terpentin
		Cedrovo ulje		Etanol
Glicerol		Pleksiglas		staklo (svjetlo)
		ugljični disulfid

Odnos između upadnog ugla i ugla prelamanja zavisi od optičke gustoće svakog medija. Ako snop svjetlosti pređe iz medija sa nižom optičkom gustoćom u medij veće optičke gustoće, tada će ugao prelamanja biti manji od upadnog ugla. Ako snop svjetlosti prođe iz medija veće optičke gustoće, tada će ugao prelamanja biti manji od upadnog ugla. Ako snop svjetlosti prelazi iz medija veće optičke gustoće u medij sa nižom optičkom gustoćom, tada je ugao prelamanja veći od upadnog ugla.

Odnosno, ako je n 1 γ; ako je n 1 >n 2 , onda α<γ.

Zakon prelamanja svetlosti :

Upadni snop, prelomljeni snop i okomita na granicu između dva medija u tački upada zraka leže u istoj ravni.

Omjeri upadnog ugla i ugla prelamanja određuju se formulom.

gdje je sinus upadnog ugla, sinus ugla prelamanja.

Vrijednost sinusa i tangenta za uglove 0 - 900

stepeni			stepeni			stepeni

Zakon prelamanja svjetlosti prvi je formulisao holandski astronom i matematičar W. Snelius oko 1626. godine, profesor na Univerzitetu u Leidenu (1613.).

Za 16. vek optika je bila ultramoderna nauka.Iz staklene kugle napunjene vodom, koja je korišćena kao sočivo, nastalo je povećalo. I od njega su izmislili špijun i mikroskop. U to vrijeme, Holandiji su bili potrebni teleskopi da vidi obalu i na vrijeme pobjegne od neprijatelja. Optika je bila ta koja je osiguravala uspjeh i pouzdanost navigacije. Stoga se u Holandiji mnogo naučnika zanimalo za optiku. Holanđanin Skel Van Royen (Snelius) je posmatrao kako se tanak snop svetlosti reflektuje u ogledalu. Izmjerio je upadni ugao i ugao refleksije i ustanovio da je ugao refleksije jednak upadnom kutu. On takođe poseduje zakone refleksije svetlosti. Izveo je zakon prelamanja svjetlosti.

Razmotrimo zakon prelamanja svjetlosti.

U njemu - relativni indeks loma drugog medija u odnosu na prvi, u slučaju kada drugi ima visoku optičku gustoću. Ako se svjetlost lomi i prolazi kroz medij sa nižom optičkom gustoćom, tada je α< γ, тогда

Ako je prvi medij vakuum, tada je n 1 =1 tada .

Ovaj indeks se naziva apsolutni indeks loma drugog medija:

gdje je brzina svjetlosti u vakuumu, brzina svjetlosti u datom mediju.

Posljedica prelamanja svjetlosti u Zemljinoj atmosferi je činjenica da vidimo Sunce i zvijezde malo iznad njihovog stvarnog položaja. Prelamanjem svjetlosti može se objasniti pojava fatamorgana, duga... Fenomen prelamanja svjetlosti je osnova principa rada numeričkih optičkih uređaja: mikroskopa, teleskopa, kamere.

Refrakcija ili refrakcija je pojava u kojoj se promjena smjera snopa svjetlosti ili drugih valova događa kada oni pređu granicu koja razdvaja dva medija, oba prozirna (koje prenose ove valove) i unutar medija u kojem se svojstva kontinuirano mijenjaju. .

Sa fenomenom prelamanja se susrećemo prilično često i doživljavamo ga kao običnu pojavu: vidimo da je štap koji se nalazi u prozirnoj čaši sa obojenom tečnošću „slomljen“ na mestu gde se vazduh i voda razdvajaju (slika 1). Kada se svetlost lomi i reflektuje tokom kiše, radujemo se kada vidimo dugu (slika 2).

Indeks prelamanja je važna karakteristika supstance povezana sa njenim fizičko-hemijskim svojstvima. To zavisi od vrednosti temperature, kao i od talasne dužine svetlosnih talasa na kojima se vrši određivanje. Prema podacima kontrole kvaliteta u otopini, na indeks loma utječe koncentracija tvari otopljene u njoj, kao i priroda rastvarača. Konkretno, na indeks prelamanja krvnog seruma utiče količina proteina koji se u njemu nalazi.To je zbog činjenice da se pri različitim brzinama prostiranja svjetlosnih zraka u medijima različite gustine, njihov smjer mijenja na granici između dva medija. . Ako brzinu svjetlosti u vakuumu podijelimo sa brzinom svjetlosti u ispitivanoj supstanci, dobićemo apsolutni indeks prelamanja (indeks refrakcije). U praksi se određuje relativni indeks prelamanja (n), koji je omjer brzine svjetlosti u zraku i brzine svjetlosti u ispitivanoj supstanci.

Indeks loma se kvantificira pomoću posebnog uređaja - refraktometra.

Refraktometrija je jedna od najlakših metoda fizičke analize i može se koristiti u laboratorijama za kontrolu kvaliteta u proizvodnji hemijskih, prehrambenih, biološki aktivnih dodataka prehrani, kozmetike i drugih vrsta proizvoda uz minimalno vrijeme i broj uzoraka koji se ispituju.

Dizajn refraktometra zasniva se na činjenici da se svjetlosni zraci potpuno reflektiraju kada prođu kroz granicu dva medija (jedan od njih je staklena prizma, drugi je ispitno rješenje) (slika 3).

Rice. 3. Šema refraktometra

Iz izvora (1) svjetlosni snop pada na površinu zrcala (2), zatim, odbijajući se, prelazi u gornju svjetleću prizmu (3), zatim u donju mjernu prizmu (4) koja je izrađena od stakla. sa visokim indeksom prelamanja. Između prizme (3) i (4) kapilarom se nanosi 1-2 kapi uzorka. Kako ne bi došlo do mehaničkog oštećenja prizme, potrebno je ne dodirivati ​​njenu površinu kapilarom.

Okular (9) vidi polje sa ukrštenim linijama za postavljanje interfejsa. Pomeranjem okulara, tačka preseka polja mora biti poravnata sa interfejsom (slika 4).Ravan prizme (4) igra ulogu interfejsa na čijoj se površini prelama svetlosni snop. Budući da su zraci raspršeni, granica svjetlosti i sjene ispada mutna, preljevna. Ovu pojavu eliminira kompenzator disperzije (5). Zatim se snop propušta kroz sočivo (6) i prizmu (7). Na pločici (8) nalaze se nišanski potezi (dve ravne linije ukrštene ukrštene), kao i skala sa indeksima prelamanja, koja se posmatra u okularu (9). Koristi se za izračunavanje indeksa prelamanja.

Linija razdvajanja granica polja će odgovarati uglu unutrašnje totalne refleksije, koji zavisi od indeksa prelamanja uzorka.

Refraktometrija se koristi za određivanje čistoće i autentičnosti supstance. Ova metoda se takođe koristi za određivanje koncentracije supstanci u rastvorima tokom kontrole kvaliteta, koja se izračunava na osnovu kalibracionog grafikona (grafikon koji pokazuje zavisnost indeksa prelamanja uzorka od njegove koncentracije).

U KorolevPharmu se indeks prelamanja utvrđuje u skladu sa odobrenom regulatornom dokumentacijom prilikom ulazne kontrole sirovina, u ekstraktima sopstvene proizvodnje, kao iu proizvodnji gotovih proizvoda. Određivanje vrše kvalifikovani radnici akreditovane fizičko-hemijske laboratorije koristeći IRF-454 B2M refraktometar.

Ako na osnovu rezultata ulazne kontrole sirovina indeks loma ne ispunjava potrebne zahtjeve, odjel za kontrolu kvaliteta sastavlja akt o neusklađenosti, na osnovu kojeg se ova serija sirovina vraća u dobavljača.

Metoda određivanja

1. Prije početka mjerenja, provjerava se čistoća površina prizmi koje su u dodiru jedna s drugom.

2. Provjera nulte točke. Na površinu mjerne prizme nanosimo 2÷3 kapi destilovane vode, pažljivo je zatvorimo svjetlećom prizmom. Otvorite prozor za osvjetljenje i pomoću ogledala postavite izvor svjetlosti u najintenzivniji smjer. Okretanjem vijaka okulara dobijamo jasnu, oštru razliku između tamnih i svijetlih polja u njegovom vidnom polju. Rotiramo vijak i usmjeravamo liniju sjene i svjetlosti tako da se poklopi s točkom u kojoj se linije sijeku u gornjem prozoru okulara. Na okomitoj liniji u donjem prozoru okulara vidimo željeni rezultat - indeks loma vode destilirane na 20°C (1,333). Ako su očitanja drugačija, postavite šraf na indeks loma na 1,333 i uz pomoć ključa (uklonite vijak za podešavanje) dovedemo granicu sjene i svjetla do točke sjecišta linija.

3. Odredite indeks loma. Podignite komoru rasvjete prizme i uklonite vodu filter papirom ili gazom. Zatim nanesite 1-2 kapi ispitne otopine na površinu mjerne prizme i zatvorite komoru. Rotiramo vijke dok se granice sjene i svjetlosti ne poklope s točkom presjeka linija. Na okomitoj liniji u donjem prozoru okulara vidimo željeni rezultat - indeks prelamanja ispitnog uzorka. Indeks prelamanja izračunavamo na skali u donjem prozoru okulara.

4. Koristeći kalibracijski graf utvrđujemo odnos između koncentracije otopine i indeksa prelamanja. Za izradu grafikona potrebno je pripremiti standardne otopine nekoliko koncentracija koristeći preparate kemijski čistih tvari, izmjeriti njihove indekse loma i ucrtati dobivene vrijednosti na os ordinate, a na osi apscise nacrtati odgovarajuće koncentracije otopina. Potrebno je odabrati intervale koncentracije u kojima se uočava linearna veza između koncentracije i indeksa prelamanja. Mjerimo indeks loma uzorka za ispitivanje i koristimo grafikon za određivanje njegove koncentracije.

Ulaznica 75.

Zakon refleksije svjetlosti: upadni i reflektovani snop, kao i okomita na granicu između dva medija, obnovljena u tački upada snopa, leže u istoj ravni (upadnoj ravni). Ugao refleksije γ jednak je upadnom uglu α.

Zakon prelamanja svetlosti: upadni i prelomljeni snopovi, kao i okomita na granicu između dva medija, obnovljena u tački upada zraka, leže u istoj ravni. Omjer sinusa upadnog ugla α i sinusa ugla prelamanja β je konstantna vrijednost za dva data medija:

Zakoni refleksije i prelamanja objašnjeni su u fizici valova. Prema konceptima talasa, refrakcija je posledica promene brzine prostiranja talasa tokom prelaska iz jednog medija u drugi. Fizičko značenje indeksa prelamanja je omjer brzine prostiranja talasa u prvom mediju υ 1 i brzine njihovog širenja u drugom mediju υ 2:

Slika 3.1.1 ilustruje zakone refleksije i prelamanja svjetlosti.

Medij sa nižim apsolutnim indeksom prelamanja naziva se optički manje gusto.

Kada svjetlost prelazi iz optički gušće sredine u optički manje gusto n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать fenomen totalne refleksije, odnosno nestanak prelomljenog zraka. Ova pojava se opaža pri upadnim uglovima koji prelaze određeni kritični ugao α pr, koji se naziva granični ugao ukupne unutrašnje refleksije(vidi sliku 3.1.2).

Za upadni ugao α = α pr sin β = 1; vrijednost sin α pr \u003d n 2 / n 1< 1.

Ako je drugi medij vazduh (n 2 ≈ 1), onda je zgodno prepisati formulu kao

Fenomen potpune unutrašnje refleksije nalazi primenu u mnogim optičkim uređajima. Najzanimljivija i praktično važna primjena je stvaranje svjetlovoda od vlakana, koji su tanki (od nekoliko mikrometara do milimetara) proizvoljno savijeni filamenti od optički prozirnog materijala (staklo, kvarc). Svjetlost koja pada na kraj vlakna može se širiti duž njega na velike udaljenosti zbog ukupne unutrašnje refleksije od bočnih površina (slika 3.1.3). Naučni i tehnički pravac koji se bavi razvojem i primjenom optičkih svjetlovoda naziva se optička vlakna.

Dispe "rsiya light" to (raspad svjetlosti)- ovo je fenomen zbog ovisnosti apsolutnog indeksa loma tvari o frekvenciji (ili talasnoj dužini) svjetlosti (frekventna disperzija), ili, isto, ovisnosti fazne brzine svjetlosti u tvari od talasnu dužinu (ili frekvenciju). Eksperimentalno otkrio Newton oko 1672. godine, iako je teoretski dobro objašnjen mnogo kasnije.

Prostorna disperzija je zavisnost tenzora permitivnosti medija od talasnog vektora. Ova zavisnost uzrokuje niz pojava koje se nazivaju efekti prostorne polarizacije.

Jedan od najjasnijih primjera disperzije - razlaganje bele svetlosti prilikom prolaska kroz prizmu (Njutnov eksperiment). Suština fenomena disperzije je razlika u brzinama širenja svjetlosnih zraka različitih valnih dužina u prozirnoj tvari – optičkom mediju (dok je u vakuumu brzina svjetlosti uvijek ista, bez obzira na valnu dužinu, a time i boju) . Obično, što je veća frekvencija svjetlosnog vala, veći je indeks loma medija za njega i manja je brzina valova u mediju:

Newtonovi eksperimenti Eksperimentirajte s razlaganjem bijele svjetlosti u spektar: Newton je usmjerio snop sunčeve svjetlosti kroz malu rupu na staklenu prizmu. Došavši na prizmu, snop se prelomio i dao na suprotnom zidu izduženu sliku s prelivom izmjenom boja - spektrom. Eksperimentirajte s prolaskom monokromatske svjetlosti kroz prizmu: Njutn je stavio crveno staklo na putanju sunčevog zraka, iza koje je primio monohromatsko svetlo (crveno), zatim prizmu i na ekranu primetio samo crvenu tačku od zraka svetlosti. Iskustvo u sintezi (dobijanju) bijele svjetlosti: Prvo je Njutn usmerio sunčevu zraku u prizmu. Zatim, prikupivši obojene zrake koje izlaze iz prizme uz pomoć konvergentnog sočiva, Newton je umjesto obojene trake dobio bijelu sliku rupe na bijelom zidu. Newtonovi zaključci:- prizma ne menja svetlost, već je samo razlaže na komponente - svetlosni zraci koji se razlikuju po boji razlikuju se po stepenu prelamanja; ljubičaste zrake se najjače lome, crvena svjetlost se slabije lomi - crvena svjetlost koja se manje lomi ima najveću brzinu, a ljubičasta najmanju, pa prizma razlaže svjetlost. Ovisnost indeksa prelamanja svjetlosti o njegovoj boji naziva se disperzija.

Zaključci:- prizma razlaže svjetlost - bijela svjetlost je složena (kompozitna) - ljubičasti zraci se lome više od crvenih. Boja svetlosnog snopa određena je njegovom frekvencijom oscilovanja. Prilikom prelaska iz jednog medija u drugi, brzina svjetlosti i valna dužina se mijenjaju, ali frekvencija koja određuje boju ostaje konstantna. Granice opsega bele svetlosti i njenih komponenti obično se karakterišu njihovim talasnim dužinama u vakuumu. Bijela svjetlost je skup talasnih dužina od 380 do 760 nm.

Ulaznica 77.

Apsorpcija svjetlosti. Bouguerov zakon

Apsorpcija svjetlosti u supstanciji povezana je s pretvaranjem energije elektromagnetnog polja vala u toplinsku energiju tvari (ili u energiju sekundarnog fotoluminiscentnog zračenja). Zakon apsorpcije svjetlosti (Bouguerov zakon) ima oblik:

I=I 0 exp(- x),(1)

gdje I 0 , I- intenzitet ulaznog svjetla (x=0) i izlaz iz sloja srednje debljine X, - koeficijent apsorpcije, zavisi od .

Za dielektrike  =10 -1  10 -5 m -1 , za metale =10 5  10 7 m -1 , stoga su metali neprozirni za svjetlost.

Zavisnost  ( ) objašnjava obojenost upijajućih tijela. Na primjer, staklo koje upija malo crvene svjetlosti će izgledati crveno kada se osvijetli bijelim svjetlom.

Rasipanje svetlosti. Rayleighov zakon

Difrakcija svjetlosti može se pojaviti u optički nehomogenom mediju, na primjer, u zamućenoj sredini (dim, magla, prašnjavi zrak, itd.). Difrakcijom na nehomogenostima medija, svjetlosni valovi stvaraju difrakcijski obrazac karakteriziran prilično ujednačenom distribucijom intenziteta u svim smjerovima.

Takva difrakcija na malim nehomogenostima naziva se rasipanje svetlosti.

Ovaj fenomen se opaža ako uski snop sunčeve svjetlosti prođe kroz prašnjavi zrak, rasprši se na čestice prašine i postane vidljiv.

Ako su dimenzije nehomogenosti male u poređenju sa talasnom dužinom (ne više od 0,1  ), tada je intenzitet raspršene svjetlosti obrnuto proporcionalan četvrtom stepenu talasne dužine, tj.

I rass ~ 1/  4 , (2)

ovaj odnos se naziva Rayleighov zakon.

Rasipanje svjetlosti se također opaža u čistim medijima koji ne sadrže strane čestice. Na primjer, može se pojaviti na fluktuacijama (slučajnim odstupanjima) gustoće, anizotropije ili koncentracije. Takvo raspršenje se naziva molekularno. To objašnjava, na primjer, plavu boju neba. Zaista, prema (2), plavi i plavi zraci se jače raspršuju od crvenih i žutih, jer imaju kraću talasnu dužinu, što uzrokuje plavu boju neba.

Ulaznica 78.

Polarizacija svetlosti- skup fenomena talasne optike, u kojima se manifestuje poprečna priroda elektromagnetnih svetlosnih talasa. poprečni talas- čestice medija osciliraju u pravcima okomitim na pravac prostiranja talasa ( sl.1).

Fig.1 poprečni talas

elektromagnetni svetlosni talas ravan polarizovan(linearna polarizacija), ako su pravci oscilovanja vektora E i B striktno fiksirani i leže u određenim ravninama ( sl.1). Ravan polarizovan svetlosni talas naziva se ravan polarizovan(linearno polarizovano) svetlo. nepolarizovani(prirodni) talas - elektromagnetski svetlosni talas u kome pravci oscilovanja vektora E i B u ovom talasu mogu ležati u bilo kojoj ravni okomitoj na vektor brzine v. nepolarizovano svetlo- svjetlosni valovi, kod kojih se smjerovi oscilacija vektora E i B nasumično mijenjaju tako da su svi smjerovi oscilacija u ravninama okomitim na snop širenja talasa jednako vjerojatni ( sl.2).

Fig.2 nepolarizovano svetlo

polarizovani talasi- u kojem smjerovi vektora E i B ostaju nepromijenjeni u prostoru ili se mijenjaju po određenom zakonu. Zračenje, u kojem se smjer vektora E nasumično mijenja - nepolarizovan. Primjer takvog zračenja može biti toplinsko zračenje (nasumično raspoređeni atomi i elektroni). Ravan polarizacije- ovo je ravan okomita na pravac oscilovanja vektora E. Glavni mehanizam za nastanak polarizovanog zračenja je rasipanje zračenja elektronima, atomima, molekulima i česticama prašine.

1.2. Vrste polarizacije Postoje tri vrste polarizacije. Hajde da ih definišemo. 1. Linearni Javlja se ako električni vektor E zadrži svoju poziciju u prostoru. To nekako naglašava ravan u kojoj oscilira vektor E. 2. Circular To je polarizacija koja nastaje kada se električni vektor E rotira oko smjera širenja vala ugaonom brzinom jednakom ugaonoj frekvenciji vala, zadržavajući pritom svoju apsolutnu vrijednost. Ova polarizacija karakterizira smjer rotacije vektora E u ravni okomitoj na liniju vida. Primjer je ciklotronsko zračenje (sistem elektrona koji rotiraju u magnetskom polju). 3. Eliptični Javlja se kada se veličina električnog vektora E promijeni tako da opisuje elipsu (rotacija vektora E). Eliptična i kružna polarizacija je desna (rotacija vektora E se dešava u smeru kazaljke na satu, ako gledate prema talasu koji se širi) i leva (rotacija vektora E se dešava suprotno od kazaljke na satu, ako gledate prema talasu koji se širi).

U stvari, najčešći parcijalna polarizacija (djelimično polarizirani elektromagnetski valovi). Kvantitativno, karakteriše ga određena količina tzv stepen polarizacije R, koji je definisan kao: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin) gdje Imax,ja sam za- najveća i najmanja gustina protoka elektromagnetne energije kroz analizator (Polaroid, Nicol prizma…). U praksi se polarizacija zračenja često opisuje Stokesovim parametrima (određuje se tok zračenja sa datim smjerom polarizacije).

Ulaznica 79.

Ako prirodna svjetlost padne na granicu između dva dielektrika (na primjer, zraka i stakla), tada se dio reflektira, a dio se lomi i širi u drugom mediju. Postavljanjem analizatora (na primjer, turmalina) na putanju reflektiranih i prelomljenih zraka, osiguravamo da su reflektirani i prelomljeni snopovi djelomično polarizirani: kada se analizator rotira oko snopa, intenzitet svjetlosti se povremeno povećava i smanjuje ( nije uočeno potpuno izumiranje!). Dalja istraživanja su pokazala da u reflektovanom snopu preovlađuju vibracije okomite na ravan upada (na slici 275 označene su tačkama), u prelomljenom snopu - oscilacije paralelne upadnoj ravni (prikazano strelicama).

Stepen polarizacije (stepen razdvajanja svetlosnih talasa sa određenom orijentacijom električnog (i magnetnog) vektora) zavisi od upadnog ugla zraka i indeksa prelamanja. škotski fizičar D. Brewster(1781-1868) osnovan zakon, prema kojem na upadnom uglu i B (Brewsterov ugao), definisan relacijom

(n 21 - indeks loma drugog medija u odnosu na prvi), reflektovani snop je ravno polarizovan(sadrži samo oscilacije okomite na ravan upada) (Sl. 276). Prelomljeni zrak pod upadnim uglomi B polarizovan do maksimuma, ali ne u potpunosti.

Ako svjetlost pada na sučelje pod Brewsterovim uglom, onda reflektirane i prelomljene zrake međusobno okomite(tg i B=grijeh i B/cos i b, n 21 = grijeh i B / grijeh i 2 (i 2 - ugao prelamanja), odakle cos i B=grijeh i 2). shodno tome, i B + i 2 =  /2, ali i’ B= i B (zakon refleksije), dakle i’ B+ i 2 =  /2.

Stepen polarizacije reflektirane i prelomljene svjetlosti pod različitim upadnim uglovima može se izračunati iz Maksvelovih jednačina, ako se uzmu u obzir granični uslovi za elektromagnetno polje na granici između dva izotropna dielektrika (tzv. Fresnel formule).

Stepen polarizacije prelomljene svjetlosti može se značajno povećati (ponovljenim prelamanjem, pod uslovom da svjetlost svaki put pada na sučelje pod Brewsterovim uglom). Ako je npr. za staklo ( n= 1.53), stepen polarizacije prelomljenog snopa je 15%, tada će nakon prelamanja 8-10 staklenih ploča koje su postavljene jedna na drugu, svjetlost koja izlazi iz takvog sistema biti gotovo potpuno polarizirana. Ovaj set ploča se zove stopalo. Stopalo se može koristiti za analizu polarizirane svjetlosti kako u njenoj refleksiji tako iu njenom prelamanju.

Ulaznica 79 (za špicu)

Kao što iskustvo pokazuje, tokom prelamanja i refleksije svjetlosti, lomljena i reflektirana svjetlost se ispostavlja da je polarizirana, a refleksija. svjetlost može biti potpuno polarizirana pod određenim kutom upada, ali svjetlost je uvijek djelomično polarizirana.Na osnovu Frinelovih formula može se pokazati da reflekt. svjetlost je polarizirana u ravni okomitoj na ravan upada i prelamanja. svetlost je polarizovana u ravni paralelnoj sa ravni upadanja.

Upadni ugao pod kojim je refleksija svjetlost je potpuno polarizirana naziva se Brewsterov ugao.Brusterov ugao se određuje iz Brewsterovog zakona: -Brusterov zakon.U ovom slučaju, ugao između refleksije. i break. zraci će biti jednaki. Za sistem vazduh-staklo, Brewsterov ugao je jednak. Da bi se dobila dobra polarizacija, tj. , kada se svjetlost lomi, koristi se mnogo izlomljenih površina koje se nazivaju Stoletovljevo stopalo.

Ulaznica 80.

Iskustvo pokazuje da kada svjetlost stupa u interakciju sa materijom, glavno djelovanje (fiziološko, fotohemijsko, fotoelektrično, itd.) je uzrokovano oscilacijama vektora, koji se u tom smislu ponekad naziva i svjetlosni vektor. Stoga, da bi se opisali obrasci polarizacije svjetlosti, prati se ponašanje vektora.

Ravan koju čine vektori i naziva se ravan polarizacije.

Ako se vektorske oscilacije javljaju u jednoj fiksnoj ravni, onda se takva svjetlost (snop) naziva linearno polarizirana. Ona je proizvoljno označena kako slijedi. Ako je snop polariziran u okomitoj ravni (u ravni xz, vidi sl. 2 u drugom predavanju), tada se označava.

Prirodno svjetlo (iz običnih izvora, Sunca) sastoji se od valova koji imaju različite, nasumično raspoređene ravni polarizacije (vidi sliku 3).

Prirodno svjetlo se ponekad konvencionalno naziva ovim. Naziva se i nepolarizovanim.

Ako se tokom širenja vala vektor rotira i istovremeno kraj vektora opisuje krug, tada se takva svjetlost naziva kružno polarizirana, a polarizacija je kružna ili kružna (desna ili lijeva). Postoji i eliptična polarizacija.

Postoje optički uređaji (filmovi, ploče, itd.) - polarizatori, koji emituju linearno polarizovano ili delimično polarizovano svetlo prirodnog svetla.

Polarizatori koji se koriste za analizu polarizacije svjetlosti nazivaju se analizatori.

Ravan polarizatora (ili analizatora) je ravan polarizacije svjetlosti koju prenosi polarizator (ili analizator).

Neka polarizator (ili analizator) pada na linearno polarizovanu svetlost amplitude E 0 . Amplituda propuštene svjetlosti će biti E=E 0 cos j, i intenzitet I=I 0 cos 2 j.

Ova formula izražava Malusov zakon:

Intenzitet linearno polarizovane svetlosti koja prolazi kroz analizator proporcionalan je kvadratu kosinusa ugla j između ravni oscilacija upadne svjetlosti i ravni analizatora.

Ulaznica 80 (za ostruge)

Polarizatori su uređaji koji omogućavaju dobijanje polarizovane svetlosti.Analizatori su uređaji pomoću kojih možete analizirati da li je svetlost polarizovana ili ne.Strukturno su polarizator i analizator isti.onda su svi pravci vektora E jednaki verovatni.Svaki vektor se može razložiti na dvije međusobno okomite komponente: jedna je paralelna s ravninom polarizacije polarizatora, a druga okomita na nju.

Očigledno je da će intenzitet svjetlosti koja napušta polarizator biti jednak. Označimo intenzitet svjetlosti koja napušta polarizator sa (). Ako se na putanju polarizatora postavi analizator čija glavna ravan čini ugao sa glavnoj ravni polarizatora, tada je intenzitet svjetlosti koja izlazi iz analizatora određen zakonom.

Ulaznica 81.

Proučavajući luminiscenciju otopine soli uranijuma pod djelovanjem -zraka radijuma, sovjetski fizičar P. A. Čerenkov skrenuo je pažnju na činjenicu da sama voda svijetli, u kojoj nema soli urana. Ispostavilo se da kada zraci (vidi Gama zračenje) prolaze kroz čiste tečnosti, svi oni počinju da sijaju. S. I. Vavilov, pod čijim je vodstvom radio P. A. Čerenkov, pretpostavio je da je sjaj povezan s kretanjem elektrona koje su kvanti radijuma izbacili iz atoma. Zaista, sjaj je snažno ovisio o smjeru magnetskog polja u tekućini (ovo sugerira da je njegov uzrok kretanje elektrona).

Ali zašto elektroni koji se kreću u tečnosti emituju svetlost? Tačan odgovor na ovo pitanje dali su 1937. sovjetski fizičari I. E. Tamm i I. M. Frank.

Elektron, koji se kreće u supstanciji, stupa u interakciju s okolnim atomima. Pod djelovanjem njegovog električnog polja, atomski elektroni i jezgra se pomiču u suprotnim smjerovima - medij je polariziran. Polarizirajući se i potom vraćajući se u početno stanje, atomi medija, smješteni duž putanje elektrona, emituju elektromagnetne svjetlosne valove. Ako je brzina elektrona v manja od brzine širenja svjetlosti u mediju (- indeks prelamanja), tada će elektromagnetno polje prestići elektron, a supstanca će imati vremena da se polarizira u prostoru ispred elektrona. Polarizacija medija ispred elektrona i iza njega je suprotna po smjeru, a zračenja suprotno polariziranih atoma, "zbrajajući se", "gase" jedno drugo. Kada atomi, do kojih elektron još nije stigao, nemaju vremena da se polariziraju, a pojavljuje se zračenje usmjereno duž uskog konusnog sloja s vrhom koji se poklapa s pokretnim elektronom i kutom na vrhu c. Izgled svjetlosnog "konusa" i stanje zračenja mogu se dobiti iz općih principa širenja valova.

Rice. 1. Mehanizam formiranja valnog fronta

Neka se elektron kreće duž ose OE (vidi sliku 1) veoma uskog praznog kanala u homogenoj prozirnoj supstanci sa indeksom prelamanja (potreban je prazan kanal da se ne bi uzeli u obzir sudari elektrona sa atomima u teorijsko razmatranje). Svaka tačka na OE liniji koju sukcesivno zauzima elektron biće centar emisije svetlosti. Talasi koji izlaze iz uzastopnih tačaka O, D, E interferiraju jedni s drugima i pojačavaju se ako je fazna razlika između njih nula (vidi Interferencija). Ovaj uslov je zadovoljen za pravac koji čini ugao od 0 sa putanjom elektrona. Ugao 0 je određen omjerom:.

Zaista, razmotrite dva talasa emitovana u pravcu pod uglom od 0 do brzine elektrona iz dve tačke putanje - tačke O i tačke D, koje su razdvojene rastojanjem. U tački B, koja leži na pravoj liniji BE, okomito na OB, prvi talas u - u vremenu U tačku F, koja leži na pravoj liniji BE, talas emitovan iz tačke će stići u trenutku nakon emitovanja talas iz tačke O. Ova dva talasa će biti u fazi, tj. prava linija će biti front talasa ako su ova vremena jednaka:. To kao uslov jednakosti vremena daje. U svim smjerovima, za koje će se svjetlost ugasiti zbog interferencije valova emitiranih iz dionica putanje razdvojenih rastojanjem D. Vrijednost D određena je očiglednom jednačinom, gdje je T period oscilacija svjetlosti. Ova jednačina uvijek ima rješenje ako.

Ako je , tada smjer u kojem se zračeni valovi, interferirajući, pojačavaju, ne postoji, ne može biti veći od 1.

Rice. 2. Distribucija zvučnih talasa i formiranje udarnog talasa tokom kretanja tela

Zračenje se opaža samo ako .

Eksperimentalno, elektroni lete u konačnom čvrstom kutu, s određenim širenjem brzina, i kao rezultat, zračenje se širi u konusnom sloju blizu glavnog smjera, određenog kutom .

U našem razmatranju zanemarili smo usporavanje elektrona. Ovo je sasvim prihvatljivo, budući da su gubici zbog Vavilov-Čerenkovljevog zračenja mali i, u prvoj aproksimaciji, možemo pretpostaviti da energija koju izgubi elektron ne utiče na njegovu brzinu i da se kreće jednoliko. To je temeljna razlika i neobičnost Vavilov-Čerenkovljevog zračenja. Obično naboji zrače, doživljavajući značajno ubrzanje.

Elektron koji bježi od vlastite svjetlosti je poput aviona koji leti brzinom većom od brzine zvuka. U ovom slučaju, konusni udarni talas se takođe širi ispred aviona (vidi sliku 2).