Lucrări de laborator

Refracția luminii. Măsurare indicele de refracție lichide

folosind un refractometru

Scopul lucrării: aprofundarea înțelegerii fenomenului de refracție a luminii; studiul metodelor de măsurare a indicelui de refracție al mediilor lichide; studiind principiul lucrului cu un refractometru.

Echipamente: refractometru, soluții de clorură de sodiu, pipetă, cârpă moale pentru ștergerea părților optice ale instrumentelor.

Teorie

Legile reflexiei și refracției luminii. Indicele de refracție.

La interfața dintre medii, lumina își schimbă direcția de propagare. O parte din energia luminii se întoarce în primul mediu, adică. lumina este reflectată. Dacă al doilea mediu este transparent, atunci o parte a luminii, în anumite condiții, trece prin interfața dintre medii, schimbând de obicei direcția de propagare. Acest fenomen se numește refracția luminii (Fig. 1).

Orez. 1. Reflexia și refracția luminii la o interfață plată între două medii.

Direcția razelor reflectate și refractate atunci când lumina trece printr-o interfață plată între două medii transparente este determinată de legile reflexiei și refracției luminii.

Legea reflexiei luminii. Raza reflectată se află în același plan cu raza incidentă și normalul restabilit în planul de separare al mediilor în punctul de incidență. Unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie .

Legea refracției luminii. Raza refractată se află în același plan cu raza incidentă și normalul restabilit în planul de separare al mediilor în punctul de incidență. Raportul sinusului unghiului de incidență α la sinusul unghiului de refracție β există o valoare constantă pentru aceste două medii, numită indice de refracție relativ al celui de-al doilea mediu în raport cu primul:

Indicele de refracție relativ două medii este egală cu raportul dintre viteza luminii în primul mediu v 1 și viteza luminii în al doilea mediu v 2:

Dacă lumina vine dintr-un vid într-un mediu, atunci indicele de refracție al mediului în raport cu vidul se numește indicele de refracție absolut al acestui mediu și este egal cu raportul vitezei luminii în vid. Cu la viteza luminii într-un mediu dat:

Indicii de refracție absoluti sunt întotdeauna mai mari decât unitatea; pentru aer n luate ca una.

Indicele de refracție relativ al două medii poate fi exprimat în termeni de indici lor absoluti n 1 Și n 2 :

Determinarea indicelui de refracție al unui lichid

Pentru a determina rapid și convenabil indicele de refracție al lichidelor, există instrumente optice speciale - refractometre, a căror parte principală sunt două prisme (Fig. 2): auxiliare etc. 1și măsurarea Pr.2. Lichidul de testat este turnat în golul dintre prisme.

La măsurarea indicatorilor se pot folosi două metode: metoda fasciculului de pășunat (pentru lichide transparente) și metoda reflexiei interioare totale (pentru soluții întunecate, tulburi și colorate). În această lucrare, primul dintre ele este folosit.

În metoda fasciculului de pășunat, lumina dintr-o sursă externă trece prin față AB prisme Proiectul 1, se risipește pe suprafața sa mată AC iar apoi pătrunde prin stratul de lichid studiat în prismă Pr.2. Suprafața mată devine o sursă de raze în toate direcțiile, deci poate fi observată prin margine EF prisme Pr.2. Cu toate acestea, marginea AC poate fi văzut prin EF numai la un unghi mai mare decât un anumit unghi minim i. Mărimea acestui unghi este legată în mod unic de indicele de refracție al lichidului situat între prisme, care este ideea principală din spatele designului refractometrului.

Luați în considerare trecerea luminii prin față EF prismă de măsurare inferioară Pr.2. După cum se poate observa din fig. 2, aplicând legea refracției luminii de două ori, putem obține două relații:

Rezolvând acest sistem de ecuații, este ușor să ajungem la concluzia că indicele de refracție al lichidului

depinde de patru cantități: Q, r, r 1 Și i. Cu toate acestea, nu toate sunt independente. De exemplu,

r+ s= R , (4)

Unde R - unghiul de refracție al prismei Proiectul 2. În plus, prin setarea unghiului Q valoarea maximă este de 90°, din ecuația (1) obținem:

Dar valoarea maximă a unghiului r , după cum se poate observa din fig. 2 și relațiile (3) și (4), valorile minime ale unghiului corespund i Și r 1 , acestea. i min Și r min .

Astfel, indicele de refracție al unui lichid în cazul razelor „păsătoare” este asociat doar cu unghiul i. În acest caz, există o valoare minimă a unghiului i, când marginea AC este încă vizibil, adică în câmpul vizual apare alb-oglindă. Pentru unghiuri de vizualizare mai mici, marginea nu este vizibilă, iar în câmpul vizual acest loc apare negru. Deoarece telescopul dispozitivului captează o zonă unghiulară relativ largă, în câmpul vizual sunt observate simultan zone luminoase și negre, granița dintre care corespunde unghiului minim de observare și este legată în mod unic de indicele de refracție al lichidului. Folosind formula finală de calcul:

(concluzia sa este omisă) și un număr de lichide cu indici de refracție cunoscuți, puteți calibra dispozitivul, adică să stabiliți o corespondență unică între indicii de refracție ai lichidelor și unghiurilor i min . Toate formulele date sunt derivate pentru raze cu o anumită lungime de undă.

Lumina de diferite lungimi de undă va fi refracta ținând cont de dispersia prismei. Astfel, atunci când prisma este iluminată cu lumină albă, interfața va fi neclară și colorată în diferite culori datorită dispersiei. Prin urmare, fiecare refractometru are un compensator care elimină rezultatul dispersiei. Poate consta din una sau două prisme de vedere directă - prisme Amici. Fiecare prismă Amici este formată din trei prisme de sticlă cu indici de refracție diferiți și dispersie diferită, de exemplu, prismele exterioare sunt din sticlă coroană, iar cea din mijloc este din sticlă flint (sticlă coroană și sticla flint sunt tipuri de sticlă). Prin rotirea prismei compensatoare folosind un dispozitiv special, se obține o imagine clară, incoloră a interfeței, a cărei poziție corespunde valorii indicelui de refracție pentru linia galbenă de sodiu. λ =5893 Å (prismele sunt proiectate astfel încât razele cu o lungime de undă de 5893 Å să nu experimenteze deviație).

Razele care trec prin compensator intră în lentila telescopului, apoi trec prin prisma inversă prin ocularul telescopului în ochiul observatorului. Traseul schematic al razelor este prezentat în Fig. 3.

Scara refractometrului este calibrată în valorile indicelui de refracție și concentrația soluției de zaharoză în apă și este situată în planul focal al ocularului.

partea experimentală

Sarcina 1. Verificarea refractometrului.

Direcționați lumina folosind o oglindă pe prisma auxiliară a refractometrului. Cu prisma auxiliară ridicată, pipetați câteva picături de apă distilată pe prisma de măsurare. Prin coborârea prismei auxiliare, obțineți cea mai bună iluminare a câmpului de vedere și setați ocularul astfel încât încrucișarea și scala indicelui de refracție să fie clar vizibile. Prin rotirea camerei prismei de măsurare, obțineți limita luminii și umbrelor în câmpul vizual. Rotiți capul compensatorului până când culoarea graniței dintre lumină și umbră este eliminată. Aliniați limita luminii și umbrelor cu punctul încrucișat și măsurați indicele de refracție al apei n Schimbare . Dacă refractometrul funcționează corect, atunci pentru apa distilată valoarea ar trebui să fie n 0 = 1.333, dacă citirile diferă de această valoare, trebuie determinată o modificare Δn= n Schimbare - 1.333, care ar trebui să fie luate în considerare atunci când se lucrează în continuare cu refractometrul. Vă rugăm să faceți corecții la Tabelul 1.

Tabelul 1.

	n 0	n Schimbare	Δ n
N 2 DESPRE

Sarcina 2. Determinarea indicelui de refracție al unui lichid.

Determinați indicii de refracție ai soluțiilor de concentrații cunoscute, ținând cont de corecția găsită.

Masa 2.

C, voi. %	n Schimbare	n ist

Trasează un grafic al dependenței indicelui de refracție al soluțiilor de sare de masă de concentrație pe baza rezultatelor obținute. Trageți o concluzie despre dependența lui n de C; trageți concluzii despre acuratețea măsurătorilor folosind un refractometru.

Luați o soluție de sare de concentrație necunoscută CU X , determinați-i indicele de refracție și folosiți graficul pentru a afla concentrația soluției.

Elimina la locul de muncă, ștergeți cu grijă prismele refractometrului cu o cârpă umedă și curată.

Întrebări de control

Reflexia si refractia luminii.

Indicii de refracție absoluti și relativi ai mediului.

Principiul de funcționare al unui refractometru. Metoda grinzii glisante.

Traseul schematic al razelor într-o prismă. De ce sunt necesare prisme compensatoare?

Propagarea, reflectarea și refracția luminii

Natura luminii este electromagnetică. O dovadă în acest sens este coincidența vitezei undelor electromagnetice și a luminii în vid.

Într-un mediu omogen, lumina circulă în linie dreaptă. Această afirmație se numește legea propagării rectilinie a luminii. O dovadă experimentală a acestei legi sunt umbrele ascuțite produse de sursele de lumină punctiforme.

Linia geometrică care indică direcția de propagare a luminii se numește rază de lumină. Într-un mediu izotrop, razele de lumină sunt direcționate perpendicular pe frontul de undă.

Locația geometrică a punctelor din mediu care oscilează în aceeași fază se numește suprafață de undă, iar setul de puncte la care a ajuns oscilația la un moment dat în timp se numește front de undă. În funcție de tipul de front de undă, se disting unde plane și sferice.

Pentru a explica procesul de propagare a luminii pe care îl folosesc principiu general teoria undelor despre mișcarea unui front de undă în spațiu, propusă de fizicianul olandez H. Huygens. Conform principiului lui Huygens, fiecare punct din mediu la care ajunge excitația luminii este centrul undelor secundare sferice, care se propagă și ele cu viteza luminii. Suprafața care înconjoară fronturile acestor unde secundare oferă poziția frontului undei care se propagă efectiv în acel moment de timp.

Este necesar să se facă distincția între fasciculele de lumină și razele de lumină. Un fascicul de lumină este o parte dintr-o undă luminoasă care transportă energia luminoasă într-o direcție dată. La înlocuirea unui fascicul de lumină cu un fascicul de lumină care îl descrie, acesta din urmă trebuie considerat ca coincide cu axa unei lumini suficient de înguste, dar având în același timp o lățime finită (dimensiunile secțiunii transversale sunt mult mai mari decât lungimea de undă) grindă.

Există fascicule de lumină divergente, convergente și cvasi-paralele. Sunt adesea folosiți termenii fascicul de raze de lumină sau pur și simplu raze de lumină, adică un set de raze de lumină care descriu un fascicul de lumină real.

Viteza luminii în vid c = 3 108 m/s este o constantă universală și nu depinde de frecvență. Pentru prima dată, viteza luminii a fost determinată experimental prin metoda astronomică de către omul de știință danez O. Roemer. Mai precis, viteza luminii a fost măsurată de A. Michelson.

În materie viteza luminii este mai mică decât în ​​vid. Raportul dintre viteza luminii în vid și viteza acesteia într-un mediu dat se numește indicele de refracție absolut al mediului:

unde c este viteza luminii în vid, v este viteza luminii într-un mediu dat. Indicii absoluti de refracție ai tuturor substanțelor sunt mai mari decât unitatea.

Când lumina se propagă printr-un mediu, este absorbită și împrăștiată, iar la interfața dintre medii este reflectată și refractă.

Legea reflexiei luminii: fasciculul incident, fasciculul reflectat și perpendiculara pe interfața dintre două medii, restabilite în punctul de incidență al fasciculului, se află în același plan; unghiul de reflexie g este egal cu unghiul de incidență a (fig. 1). Această lege coincide cu legea reflexiei pentru undele de orice natură și poate fi obținută ca o consecință a principiului lui Huygens.

Legea refracției luminii: raza incidentă, raza refractată și perpendiculară pe interfața dintre două medii, restabilite în punctul de incidență al razei, se află în același plan; raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție pentru o anumită frecvență a luminii este o valoare constantă numită indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul:

Legea refracției luminii stabilită experimental este explicată pe baza principiului lui Huygens. Conform conceptelor de undă, refracția este o consecință a modificărilor vitezei de propagare a undelor la trecerea de la un mediu la altul, iar semnificația fizică a indicelui de refracție relativ este raportul dintre viteza de propagare a undelor în primul mediu v1 la viteza de propagare a acestora în al doilea mediu

Pentru mediile cu indici absoluti de refracție n1 și n2, indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul este egal cu raportul dintre indicele de refracție absolut al celui de-al doilea mediu și indicele de refracție absolut al primului mediu:

Mediul care are un indice de refracție mai mare se numește mai dens optic; viteza de propagare a luminii în el este mai mică. Dacă lumina trece de la un mediu optic mai dens la unul optic mai puțin dens, atunci la un anumit unghi de incidență a0 unghiul de refracție ar trebui să devină egal cu p/2. Intensitatea fasciculului refractat în acest caz devine egală cu zero. Lumina care cade pe interfața dintre două medii este reflectată complet de ea.

Unghiul de incidență a0 la care are loc reflexia internă totală a luminii se numește unghiul limitativ al reflexiei interne totale. La toate unghiurile de incidență egale și mai mari decât a0, are loc reflexia totală a luminii.

Valoarea unghiului limitator se afla din relatia Daca n2 = 1 (vid), atunci

2 Indicele de refracție al unei substanțe este o valoare egală cu raportul vitezelor de fază ale luminii (unde electromagnetice) în vid și într-un mediu dat. Ei vorbesc și despre indicele de refracție pentru orice alte unde, de exemplu, sunet

Indicele de refracție depinde de proprietățile substanței și de lungimea de undă a radiației; pentru unele substanțe, indicele de refracție se modifică destul de puternic atunci când frecvența undelor electromagnetice se schimbă de la frecvențe joase la cele optice și mai departe și se poate schimba și mai puternic în anumite zone ale scării de frecvenţă. Valoarea implicită se referă de obicei la domeniul optic sau la intervalul determinat de context.

Există substanțe optic anizotrope în care indicele de refracție depinde de direcția și polarizarea luminii. Astfel de substanțe sunt destul de comune, în special, toate sunt cristale cu o simetrie destul de scăzută a rețelei cristaline, precum și substanțe supuse deformării mecanice.

Indicele de refracție poate fi exprimat ca rădăcina produsului dintre constantele magnetice și dielectrice ale mediului.

(trebuie luat în considerare faptul că valorile permeabilității magnetice și ale constantei dielectrice absolute pentru domeniul de frecvență de interes - de exemplu, optice - pot diferi foarte mult de valoarea statică a acestor valori).

Pentru măsurarea indicelui de refracție se folosesc refractometre manuale și automate. Când se folosește un refractometru pentru a determina concentrația de zahăr într-o soluție apoasă, dispozitivul se numește zaharimetru.

Raportul dintre sinusul unghiului de incidență () al fasciculului și sinusul unghiului de refracție () atunci când fasciculul trece de la mediul A la mediul B se numește indice de refracție relativ pentru această pereche de medii.

Mărimea n este indicele relativ de refracție al mediului B în raport cu mediul A, an" = 1/n este indicele relativ de refracție al mediului A în raport cu mediul B.

Această valoare, celelalte lucruri fiind egale, de obicei mai putin de unul când un fascicul trece de la un mediu mai dens la un mediu mai puțin dens și mai mult de unul când un fascicul trece de la un mediu mai puțin dens la un mediu mai dens (de exemplu, dintr-un gaz sau dintr-un vid la un lichid sau solid) . Există excepții de la această regulă și, prin urmare, se obișnuiește să se numească un mediu mai mult sau mai puțin dens din punct de vedere optic decât altul (a nu se confunda cu densitatea optică ca măsură a opacității unui mediu).

O rază care cade din spațiul fără aer pe suprafața unui mediu B este refractată mai puternic decât atunci când cade pe ea dintr-un alt mediu A; Indicele de refracție al unei raze incidente pe un mediu din spațiul fără aer se numește indicele său absolut de refracție sau pur și simplu indicele de refracție al unui mediu dat; acesta este indicele de refracție, a cărui definiție este dată la începutul articolului. Indicele de refracție al oricărui gaz, inclusiv al aerului, în condiții normale este mult mai mic decât indicele de refracție al lichidelor sau solidelor, prin urmare, aproximativ (și cu o precizie relativ bună) indicele de refracție absolut poate fi judecat după indicele de refracție față de aer.

Orez. 3. Principiul de funcționare al unui refractometru de interferență. Fasciculul luminos este împărțit astfel încât cele două părți ale sale să treacă prin cuve de lungime l umplute cu substanțe cu indici de refracție diferiți. La ieșirea din cuve, razele capătă o anumită diferență de drum și, fiind reunite, dau pe ecran o imagine a maximelor și minimelor de interferență cu ordine k (reprezentate schematic în dreapta). Diferența indicelui de refracție Dn=n2 –n1 =kl/2, unde l este lungimea de undă a luminii.

Refractometrele sunt instrumente folosite pentru a măsura indicele de refracție al substanțelor. Principiul de funcționare al unui refractometru se bazează pe fenomen reflexie totală. Dacă un fascicul de lumină împrăștiat cade pe interfața dintre două medii cu indici de refracție și, dintr-un mediu mai dens optic, atunci, pornind de la un anumit unghi de incidență, razele nu intră în al doilea mediu, ci sunt reflectate complet din interfață în primul mediu. Acest unghi se numește unghi limitativ de reflexie totală. Figura 1 prezintă comportamentul razelor la căderea într-un anumit curent al acestei suprafețe. Fasciculul vine la un unghi extrem. Din legea refracţiei putem determina: , (deoarece).

Mărimea unghiului limitator depinde de indicele de refracție relativ al celor două medii. Dacă razele reflectate de la suprafață sunt direcționate către o lentilă colectoare, atunci în planul focal al lentilei puteți vedea limita luminii și penumbrei, iar poziția acestei limite depinde de valoarea unghiului limitator și, prin urmare, de indicele de refracție. O modificare a indicelui de refracție al unuia dintre medii implică o modificare a poziției interfeței. Interfața dintre lumină și umbră poate servi ca indicator la determinarea indicelui de refracție, care este utilizat în refractometre. Această metodă de determinare a indicelui de refracție se numește metoda de reflexie totală

În plus față de metoda de reflexie totală, refractometrele folosesc metoda fasciculului de pășunat. În această metodă, un fascicul de lumină împrăștiat lovește granița dintr-un mediu mai puțin dens optic în toate unghiurile posibile (Fig. 2). Raza care alunecă de-a lungul suprafeței () corespunde unghiului limitator de refracție (raza din fig. 2). Dacă plasăm o lentilă în calea razelor () refractate pe suprafață, atunci în planul focal al lentilei vom vedea și o graniță ascuțită între lumină și umbră.

Deoarece condițiile care determină valoarea unghiului limitator sunt aceleași în ambele metode, poziția interfeței este aceeași. Ambele metode sunt echivalente, dar metoda reflexiei totale vă permite să măsurați indicele de refracție al substanțelor opace

Calea razelor într-o prismă triunghiulară

Figura 9 prezintă o secțiune transversală a unei prisme de sticlă cu un plan perpendicular pe marginile sale laterale. Fasciculul din prismă este deviat spre bază, refractând la marginile OA și 0B. Unghiul j dintre aceste fețe se numește unghiul de refracție al prismei. Unghiul de deviere al fasciculului depinde de unghiul de refracție al prismei, indicele de refracție n al materialului prismei și unghiul de incidență. Poate fi calculat folosind legea refracției (1.4).

Refractometrul folosește o sursă de lumină albă 3. Datorită dispersiei, atunci când lumina trece prin prismele 1 și 2, granița luminii și umbrei se dovedește a fi colorată. Pentru a evita acest lucru, în fața lentilei telescopului este plasat un compensator 4. Acesta este format din două prisme identice, fiecare fiind lipită împreună din trei prisme cu indici de refracție diferiți. Prismele sunt selectate astfel încât un fascicul monocromatic cu o lungime de undă = 589,3 um. (lungimea de undă a liniei galbene de sodiu) nu a fost testată după trecerea compensatorului de deviație. Razele cu alte lungimi de undă sunt deviate de prisme în direcții diferite. Prin deplasarea prismelor compensatoare cu ajutorul unui mâner special, ne asigurăm că granița dintre lumină și întuneric devine cât mai clară posibil.

Razele de lumină, după ce au trecut de compensator, intră în lentila 6 a telescopului. Imaginea interfeței lumină-umbră este vizualizată prin ocularul 7 al telescopului. În același timp, prin ocular este vizualizată scara 8. Deoarece unghiul limitator de refracție și unghiul limitator de reflexie totală depind de indicele de refracție al lichidului, valorile acestui indice de refracție sunt imediat marcate pe scara refractometrului. .

Sistemul optic al refractometrului conține și o prismă rotativă 5. Vă permite să poziționați axa telescopului perpendicular pe prismele 1 și 2, ceea ce face observarea mai convenabilă.

Refracția este un anumit număr abstract care caracterizează capacitatea de refracție a oricărui mediu transparent. Se obișnuiește să-l notăm n. Există indice de refracție absolut și indice relativ.

Primul se calculează folosind una dintre cele două formule:

n = sin α / sin β = const (unde sin α este sinusul unghiului de incidență, iar sin β este sinusul razei de lumină care intră din vid în mediul luat în considerare)

n = c / υ λ (unde c este viteza luminii în vid, υ λ este viteza luminii în mediul studiat).

Aici calculul arată de câte ori lumina își schimbă viteza de propagare în momentul trecerii de la vid la un mediu transparent. Aceasta determină indicele de refracție (absolut). Pentru a afla relativă, utilizați formula:

Adică, sunt luați în considerare indicii absoluti de refracție ai substanțelor de diferite densități, cum ar fi aerul și sticla.

În general vorbind, atunci cote absolute orice corp, fie el gazos, lichid sau solid, este întotdeauna mai mare de 1. Practic, valorile lor variază de la 1 la 2. Această valoare poate fi mai mare de 2 doar în cazuri excepționale. Semnificația acestui parametru pentru unele medii este:

Această valoare atunci când este aplicată celei mai dure substanțe naturale de pe planetă, diamantul, este 2,42. Foarte des, atunci când se efectuează cercetări științifice etc., este necesar să se cunoască indicele de refracție al apei. Acest parametru este 1.334.

Deoarece lungimea de undă este, desigur, un indicator variabil, literei n i se atribuie un indice. Valoarea sa ajută la înțelegerea cărei undă din spectru îi aparține acest coeficient. Când luăm în considerare aceeași substanță, dar cu creșterea lungimii de undă a luminii, indicele de refracție va scădea. Această împrejurare provoacă descompunerea luminii într-un spectru atunci când trece printr-o lentilă, prismă etc.

Prin valoarea indicelui de refracție, puteți determina, de exemplu, cât de mult dintr-o substanță este dizolvată în alta. Acest lucru poate fi util, de exemplu, în fabricarea berii sau atunci când trebuie să cunoașteți concentrația de zahăr, fructe sau fructe de pădure din suc. Acest indicator este important atât în ​​determinarea calității produselor petroliere, cât și în bijuterii, atunci când este necesar să se dovedească autenticitatea unei pietre etc.

Fără utilizarea vreunei substanțe, scara vizibilă în ocularul dispozitivului va fi complet albastră. Dacă aruncați apă distilată obișnuită pe prismă, dacă instrumentul este calibrat corect, granița dintre albastru și flori albe va trece strict la marcajul zero. Când studiezi o altă substanță, aceasta se va deplasa de-a lungul scalei în funcție de indicele de refracție caracteristic acesteia.

Lecția 25/III-1 Propagarea luminii în diverse medii. Refracția luminii la interfața dintre două medii.

Învățarea de materiale noi.

Până acum, am luat în considerare propagarea luminii într-un singur mediu, ca de obicei - în aer. Lumina se poate propaga în diverse medii: trecerea de la un mediu la altul; În punctele de incidență, razele nu sunt doar reflectate de la suprafață, ci și trec parțial prin aceasta. Astfel de tranziții provoacă multe fenomene frumoase și interesante.

Schimbarea direcției de propagare a luminii care trece prin limita a două medii se numește refracția luminii.

O parte din fasciculul de lumină incident pe interfața dintre două medii transparente este reflectată, iar o parte trece în celălalt mediu. În acest caz, direcția fasciculului de lumină care a trecut într-un alt mediu se schimbă. Prin urmare, fenomenul se numește refracție, iar raza se numește refractă.

1 – fascicul incident

2 – fascicul reflectat

3 – raza refracta α β

OO 1 – interfață între două medii

MN - perpendiculară O O 1

Unghiul format de rază și o perpendiculară pe interfața dintre două medii, coborât până la punctul de incidență al razei, se numește unghi de refracție. γ (gama).

Lumina în vid se deplasează cu o viteză de 300.000 km/s. În orice mediu, viteza luminii este întotdeauna mai mică decât în ​​vid. Prin urmare, atunci când lumina trece de la un mediu la altul, viteza acesteia scade și acest lucru determină refracția luminii. Cu cât viteza de propagare a luminii este mai mică într-un mediu dat, cu atât este mai mare densitatea optică a acestui mediu. De exemplu, aerul are o densitate optică mai mare decât în ​​vid, deoarece viteza luminii în aer este puțin mai mică decât în ​​vid. Densitatea optică a apei este mai mare decât densitatea optică a aerului deoarece viteza luminii în aer este mai mare decât în ​​apă.

Cu cât densitățile optice ale două medii diferă mai mult, cu atât mai multă lumină este refractă la interfața lor. Cu cât viteza luminii se schimbă mai mult la interfața dintre două medii, cu atât se refractă mai mult.

Pentru fiecare substanță transparentă există o astfel de importantă caracteristici fizice, ca indice de refracție al luminii n. Arată de câte ori viteza luminii într-o anumită substanță este mai mică decât în ​​vid.

Indicele de refracție al luminii

Substanţă		Substanţă		Substanţă
		Sare gema		Terebentină
		Ulei de cedru		Etanol
Glicerol		Plexiglas		Sticlă (ușoară)
		Disulfură de carbon

Raportul dintre unghiul de incidență și unghiul de refracție depinde de densitatea optică a fiecărui mediu. Dacă o rază de lumină trece de la un mediu cu o densitate optică mai mică la un mediu cu o densitate optică mai mare, atunci unghiul de refracție va fi mai mic decât unghiul de incidență. Dacă o rază de lumină provine dintr-un mediu cu o densitate optică mai mare, atunci unghiul de refracție va fi mai mic decât unghiul de incidență. Dacă o rază de lumină trece de la un mediu cu o densitate optică mai mare la un mediu cu o densitate optică mai mică, atunci unghiul de refracție este mai mare decât unghiul de incidență.

Adică dacă n 1 y; dacă n 1 >n 2 atunci α<γ.

Legea refracției luminii :

Fasciculul incident, fasciculul refractat și perpendiculara pe interfața dintre cele două medii în punctul de incidență al fasciculului se află în același plan.

Relația dintre unghiul de incidență și unghiul de refracție este determinată de formulă.

unde este sinusul unghiului de incidență și este sinusul unghiului de refracție.

Valoarea sinusurilor și tangentelor pentru unghiurile 0 – 900

Grade			Grade			Grade

Legea refracției luminii a fost formulată pentru prima dată de astronomul și matematicianul olandez W. Snelius în jurul anului 1626, profesor la Universitatea din Leiden (1613).

Pentru secolul al XVI-lea, optica a fost o știință ultramodernă Dintr-o bilă de sticlă umplută cu apă, care era folosită ca lentilă, a apărut o lupă. Și din el au inventat un telescop și un microscop. La acea vreme, Olanda aveau nevoie de telescoape pentru a vedea țărmul și a scăpa de inamici în timp util. Optica a fost cea care a asigurat succesul și fiabilitatea navigației. Prin urmare, în Țările de Jos, mulți oameni de știință au fost interesați de optică. Olandezul Skel Van Rooyen (Snelius) a observat cum un fascicul subțire de lumină era reflectat în oglindă. A măsurat unghiul de incidență și unghiul de reflexie și a stabilit: unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență. El deține și legile reflectării luminii. El a dedus legea refracției luminii.

Să luăm în considerare legea refracției luminii.

Conține indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul, în cazul în care al doilea are o densitate optică mai mare. Dacă lumina este refractă și trece printr-un mediu cu densitate optică mai mică, atunci α< γ, тогда

Dacă primul mediu este vid, atunci n 1 =1 atunci .

Acest indicator se numește indicele absolut de refracție al celui de-al doilea mediu:

unde este viteza luminii în vid, viteza luminii într-un mediu dat.

O consecință a refracției luminii în atmosfera Pământului este faptul că vedem Soarele și stelele puțin mai sus decât poziția lor reală. Refracția luminii poate explica apariția mirajelor, curcubeului... fenomenul refracției luminii stă la baza principiului de funcționare al dispozitivelor optice numerice: microscop, telescop, cameră.

Refracția sau refracția este un fenomen în care direcția unei raze de lumină sau a altor unde se schimbă atunci când trec granița care separă două medii, ambele transparente (transmițând aceste unde) și în interiorul mediului în care proprietățile se schimbă continuu.

Fenomenul de refracție îl întâlnim destul de des și îl percepem ca un fenomen cotidian: putem observa că un băț situat într-un pahar transparent cu un lichid colorat este „rupt” în punctul de separare a aerului și a apei (Fig. 1). Când lumina este refractată și reflectată în timpul ploii, ne bucurăm când vedem un curcubeu (Fig. 2).

Indicele de refracție este o caracteristică importantă a unei substanțe asociată cu proprietățile sale fizico-chimice. Depinde de valorile temperaturii, precum și de lungimea de undă a luminii la care se efectuează determinarea. Conform datelor de control al calității dintr-o soluție, indicele de refracție este afectat de concentrația substanței dizolvate în ea, precum și de natura solventului. În special, indicele de refracție al serului sanguin este afectat de cantitatea de proteine ​​​​conținută în acesta.Acest lucru se datorează faptului că, cu viteze diferite de propagare a razelor de lumină în medii cu densități diferite, direcția acestora se schimbă la interfața dintre cele două. mass-media. Dacă împărțim viteza luminii în vid la viteza luminii în substanța studiată, obținem indicele de refracție absolut (indicele de refracție). În practică, se determină indicele de refracție relativ (n), care este raportul dintre viteza luminii în aer și viteza luminii în substanța studiată.

Indicele de refracție este determinat cantitativ folosind un dispozitiv special - un refractometru.

Refractometria este una dintre cele mai ușoare metode de analiză fizică și poate fi utilizată în laboratoarele de control al calității în producția de aditivi alimentari chimici, alimentari, biologic activi, cosmetice și alte tipuri de produse cu un timp și un număr minim de probe testate.

Proiectarea refractometrului se bazează pe faptul că razele de lumină sunt complet reflectate atunci când trec prin limita a două medii (unul dintre ele este o prismă de sticlă, celălalt este soluția de testare) (Fig. 3).

Orez. 3. Diagrama refractometrului

De la sursa (1), un fascicul de lumină cade pe suprafața oglinzii (2), apoi, fiind reflectat, trece în prisma de iluminare superioară (3), apoi în prisma de măsurare inferioară (4), care este din sticlă cu un indice de refracție ridicat. Se aplică 1–2 picături de probă între prisme (3) și (4) folosind un capilar. Pentru a evita deteriorarea mecanică a prismei, este necesar să nu atingeți suprafața acesteia cu capilarul.

Prin ocularul (9) se vede un câmp cu linii încrucișate pentru a stabili interfața. La mutarea ocularului, punctul de intersecție al câmpurilor trebuie aliniat cu interfața (Fig. 4).Planul prismei (4) joacă rolul interfeței, pe suprafața căreia se refractă fasciculul luminos. Deoarece razele sunt împrăștiate, granița dintre lumină și umbră se dovedește a fi neclară, irizată. Acest fenomen este eliminat de compensatorul de dispersie (5). Fasciculul este apoi trecut prin lentilă (6) și prismă (7). Placa (8) are linii de ochire (două linii drepte încrucișate în cruce), precum și o scară cu indici de refracție, care se observă prin ocularul (9). Din acesta se calculează indicele de refracție.

Linia de despărțire dintre limitele câmpului va corespunde unghiului de reflexie totală internă, care depinde de indicele de refracție al probei.

Refractometria este utilizată pentru a determina puritatea și autenticitatea unei substanțe. Această metodă este, de asemenea, utilizată pentru a determina concentrația de substanțe în soluții în timpul controlului calității, care este calculată folosind un grafic de calibrare (un grafic care arată dependența indicelui de refracție al unei probe de concentrația sa).

La KorolevPharm, indicele de refracție este determinat în conformitate cu documentația de reglementare aprobată în timpul inspecției de intrare a materiilor prime, în extrase din producția proprie, precum și în timpul eliberării produselor finite. Determinarea se face de către angajați calificați ai unui laborator fizic și chimic acreditat folosind un refractometru IRF-454 B2M.

Dacă, pe baza rezultatelor inspecției de intrare a materiilor prime, indicele de refracție nu îndeplinește cerințele necesare, departamentul de control al calității emite un Raport de neconformitate, în baza căruia acest lot de materii prime este returnat furnizorului .

Metoda de determinare

1. Inainte de inceperea masuratorilor se verifica curatenia suprafetelor prismelor aflate in contact intre ele.

2. Verificarea punctului zero. Aplicați 2÷3 picături de apă distilată pe suprafața prismei de măsurare și acoperiți-o cu grijă cu prisma de iluminare. Deschidem fereastra de iluminat și, folosind o oglindă, instalăm sursa de lumină în direcția cea mai intensă. Prin rotirea șuruburilor ocularului, obținem o distincție clară și clară între câmpurile întunecate și cele deschise din câmpul său vizual. Rotim șurubul și direcționăm linia de umbră și lumină astfel încât să coincidă cu punctul în care liniile se intersectează în fereastra superioară a ocularului. Pe linia verticală din fereastra inferioară a ocularului vedem rezultatul dorit - indicele de refracție al apei distilate la 20 ° C (1,333). Dacă citirile sunt diferite, utilizați șurubul pentru a seta indicele de refracție la 1,333 și, folosind o cheie (scoateți șurubul de reglare), aduceți limita umbrei și luminii în punctul în care liniile se intersectează.

3. Determinați indicele de refracție. Ridicăm camera prismei de iluminare și scoatem apa cu hârtie de filtru sau un șervețel de tifon. Apoi, aplicați 1-2 picături de soluție de testare pe suprafața prismei de măsurare și închideți camera. Rotiți șuruburile până când limitele umbrei și luminii coincid cu punctul de intersecție al liniilor. Pe linia verticală din fereastra inferioară a ocularului vedem rezultatul dorit - indicele de refracție al probei de testat. Calculăm indicele de refracție folosind scara din fereastra inferioară a ocularului.

4. Utilizând un grafic de calibrare, stabilim relația dintre concentrația soluției și indicele de refracție. Pentru a construi un grafic, este necesar să se pregătească soluții standard de mai multe concentrații folosind preparate de substanțe chimic pure, să se măsoare indicii lor de refracție și să se pună pe grafic valorile obținute pe axa ordonatelor și concentrațiile corespunzătoare ale soluțiilor pe axa absciselor. Este necesar să se selecteze intervale de concentrație la care se observă o relație liniară între concentrație și indicele de refracție. Măsurăm indicele de refracție al probei studiate și folosim un grafic pentru a determina concentrația acestuia.

Biletul 75.

Legea reflexiei luminii: razele incidente și reflectate, precum și perpendiculara pe interfața dintre cele două medii, reconstruite în punctul de incidență al razei, se află în același plan (plan de incidență). Unghiul de reflexie γ este egal cu unghiul de incidență α.

Legea refracției luminii: razele incidente și refractate, precum și perpendiculara pe interfața dintre cele două medii, reconstruite în punctul de incidență al razei, se află în același plan. Raportul dintre sinusul unghiului de incidență α și sinusul unghiului de refracție β este o valoare constantă pentru două medii date:

Legile reflexiei și refracției sunt explicate în fizica undelor. Conform conceptelor undelor, refracția este o consecință a modificărilor vitezei de propagare a undelor la trecerea dintr-un mediu în altul. Semnificația fizică a indicelui de refracție este raportul dintre viteza de propagare a undelor în primul mediu υ 1 și viteza de propagare a acestora în al doilea mediu υ 2:

Figura 3.1.1 ilustrează legile reflexiei și refracției luminii.

Un mediu cu un indice de refracție absolut mai mic se numește optic mai puțin dens.

Când lumina trece de la un mediu optic mai dens la un mediu optic mai puțin dens n 2< n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать fenomen de reflexie totală, adică dispariția razei refractate. Acest fenomen se observă la unghiuri de incidență care depășesc un anumit unghi critic α pr, care se numește unghi limitator de reflexie internă totală(vezi Fig. 3.1.2).

Pentru unghiul de incidență α = α pr sin β = 1; valoarea sin α pr = n 2 / n 1< 1.

Dacă al doilea mediu este aerul (n 2 ≈ 1), atunci este convenabil să rescrieți formula sub forma

Fenomenul de reflexie internă totală este utilizat în multe dispozitive optice. Cea mai interesantă și practic importantă aplicație este crearea fibrelor optice, care sunt fire subțiri (de la câțiva micrometri la milimetri) curbate arbitrar din material transparent optic (sticlă, cuarț). Lumina incidentă la capătul ghidajului de lumină poate călători de-a lungul acestuia pe distanțe lungi datorită reflexiei interne totale de pe suprafețele laterale (Figura 3.1.3). Direcția științifică și tehnică implicată în dezvoltarea și aplicarea ghidurilor optice de lumină se numește fibră optică.

Dispersia luminii (descompunerea luminii)- acesta este un fenomen cauzat de dependența indicelui absolut de refracție al unei substanțe de frecvența (sau lungimea de undă) luminii (dispersia de frecvență), sau, același lucru, dependența vitezei de fază a luminii într-o substanță de lungimea de undă (sau frecvența). A fost descoperit experimental de Newton în jurul anului 1672, deși teoretic destul de bine explicat mult mai târziu.

Dispersia spațială se numește dependența tensorului constantă dielectrică a mediului de vectorul de undă. Această dependență provoacă o serie de fenomene numite efecte de polarizare spațială.

Unul dintre cele mai clare exemple de dispersie - descompunerea luminii albe la trecerea printr-o prismă (experimentul lui Newton). Esența fenomenului de dispersie este diferența de viteză de propagare a razelor luminoase de diferite lungimi de undă într-o substanță transparentă - un mediu optic (în timp ce în vid viteza luminii este întotdeauna aceeași, indiferent de lungimea de undă și deci de culoare). De obicei, cu cât frecvența unei unde luminoase este mai mare, cu atât este mai mare indicele de refracție al mediului pentru aceasta și cu atât viteza undei în mediu este mai mică:

Experimentele lui Newton Experimentul despre descompunerea luminii albe într-un spectru: Newton a îndreptat un fascicul de lumină solară printr-o mică gaură pe o prismă de sticlă. La lovirea prismei, fasciculul a fost refractat și pe peretele opus a dat o imagine alungită cu o alternanță de culori curcubeu - un spectru. Experiment privind trecerea luminii monocromatice printr-o prismă: Newton a așezat sticlă roșie în calea unei raze solare, în spatele căreia a primit lumină monocromatică (roșu), apoi o prismă și a observat pe ecran doar o pată roșie din raza de lumină. Experiență în sinteza (producția) luminii albe:În primul rând, Newton a direcționat o rază de lumină asupra unei prisme. Apoi, după ce a colectat razele colorate care ies din prismă folosind o lentilă de colectare, Newton a primit o imagine albă a unei găuri pe un perete alb în loc de o dungă colorată. Concluziile lui Newton:- o prismă nu schimbă lumina, ci doar o descompune în componentele sale - razele de lumină care diferă ca culoare diferă în gradul de refracție; Razele violete refractează cel mai puternic, cele roșii mai puțin puternic - lumina roșie, care refractă mai puțin, are cea mai mare viteză, iar violetul are cea mai mică, motiv pentru care prisma descompune lumina. Dependența indicelui de refracție al luminii de culoarea sa se numește dispersie.

Concluzii:- o prismă descompune lumina - lumina albă este complexă (compozită) - razele violete sunt refractate mai puternic decât cele roșii. Culoarea unui fascicul de lumină este determinată de frecvența sa de vibrație. La trecerea de la un mediu la altul, viteza luminii și lungimea de undă se schimbă, dar frecvența care determină culoarea rămâne constantă. Limitele intervalelor de lumină albă și componentele sale sunt de obicei caracterizate prin lungimile de undă în vid. Lumina albă este o colecție de unde cu lungimi de la 380 la 760 nm.

Biletul 77.

Absorbția luminii. legea lui Bouguer

Absorbția luminii într-o substanță este asociată cu conversia energiei câmpului electromagnetic al undei în energia termică a substanței (sau în energia radiației fotoluminiscente secundare). Legea absorbției luminii (legea lui Bouguer) are forma:

Eu=I 0 exp(- X),(1)

Unde eu 0 , eu-intensitatea luminii la intrare (x=0) si lasand stratul de grosime medie X, - coeficientul de absorbtie, depinde de .

Pentru dielectrici  =10 -1  10 -5 m -1 , pentru metale =10 5  10 7 m -1 , Prin urmare, metalele sunt opace la lumină.

Dependența  ( ) explică culoarea corpurilor absorbante. De exemplu, sticla care absoarbe slab lumina roșie va apărea roșie atunci când este iluminată cu lumină albă.

Răspândirea luminii. legea lui Rayleigh

Difracția luminii poate apărea într-un mediu optic neomogen, de exemplu într-un mediu tulbure (fum, ceață, aer prăfuit etc.). Prin difracția pe neomogenitățile mediului, undele luminoase creează un model de difracție caracterizat printr-o distribuție destul de uniformă a intensității în toate direcțiile.

Această difracție prin mici neomogenități se numește împrăștierea luminii.

Acest fenomen se observă atunci când un fascicul îngust de lumină solară trece prin aerul prăfuit, se împrăștie pe particulele de praf și devine vizibil.

Dacă dimensiunile neomogenităților sunt mici în comparație cu lungimea de undă (nu mai mult de 0,1  ), atunci intensitatea luminii împrăștiate se dovedește a fi invers proporțională cu puterea a patra a lungimii de undă, adică.

eu insulta ~ 1/  4 , (2)

această dependență se numește legea lui Rayleigh.

Difuzarea luminii se observă și în mediile curate care nu conțin particule străine. De exemplu, poate apărea la fluctuații (abateri aleatorii) de densitate, anizotropie sau concentrație. Acest tip de împrăștiere se numește împrăștiere moleculară. Ea explică, de exemplu, culoarea albastră a cerului. Într-adevăr, conform (2), razele albastre și albastre sunt împrăștiate mai puternic decât cele roșii și galbene, deoarece au o lungime de undă mai scurtă, provocând astfel culoarea albastră a cerului.

Biletul 78.

Polarizarea luminii- un ansamblu de fenomene de optică ondulatorie în care se manifestă natura transversală a undelor luminoase electromagnetice. Undă transversală- particulele de mediu oscilează în direcții perpendiculare pe direcția de propagare a undei ( Fig.1).

Fig.1 Undă transversală

Undă luminoasă electromagnetică plan polarizat(polarizare liniară), dacă direcțiile de oscilație ale vectorilor E și B sunt strict fixate și se află în anumite plane ( Fig.1). Se numește undă de lumină polarizată plană plan polarizat lumină (polarizată liniar). Nepolarizat undă (naturală) - o undă luminoasă electromagnetică în care direcțiile de oscilație ale vectorilor E și B din această undă se pot afla în orice plan perpendicular pe vectorul viteză v. Lumină nepolarizată- unde luminoase în care direcțiile de oscilație ale vectorilor E și B se modifică haotic, astfel încât toate direcțiile de oscilații în planuri perpendiculare pe raza de propagare a undei sunt la fel de probabile ( Fig.2).

Fig.2 Lumină nepolarizată

Unde polarizate- în care direcţiile vectorilor E şi B rămân neschimbate în spaţiu sau se modifică după o anumită lege. Radiație în care direcția vectorului E se schimbă haotic - nepolarizat. Un exemplu de astfel de radiații este radiația termică (atomi și electroni distribuiți haotic). Planul de polarizare- acesta este un plan perpendicular pe direcția oscilațiilor vectorului E. Principalul mecanism de apariție a radiației polarizate este împrăștierea radiației de către electroni, atomi, molecule și particule de praf.

1.2. Tipuri de polarizare Există trei tipuri de polarizare. Să le dăm definiții. 1. Linear Apare dacă vectorul electric E își menține poziția în spațiu. Se pare că evidențiază planul în care oscilează vectorul E. 2. Circular Aceasta este polarizarea care apare atunci când vectorul electric E se rotește în jurul direcției de propagare a undei cu o viteză unghiulară egală cu frecvența unghiulară a undei, menținând în același timp valoarea sa absolută. Această polarizare caracterizează direcția de rotație a vectorului E într-un plan perpendicular pe linia de vedere. Un exemplu este radiația ciclotron (un sistem de electroni care se rotesc într-un câmp magnetic). 3. Eliptice Apare atunci când mărimea vectorului electric E se modifică astfel încât acesta descrie o elipsă (rotația vectorului E). Polarizarea eliptică și circulară poate fi dreaptă (vectorul E se rotește în sensul acelor de ceasornic când privește spre unda care se propagă) și stânga (vectorul E se rotește în sens invers acelor de ceasornic când privește spre unda care se propagă).

În realitate, apare cel mai des polarizare parțială (unde electromagnetice parțial polarizate). Cantitativ, se caracterizează printr-o anumită cantitate numită gradul de polarizare R, care este definit ca: P = (Imax - Imin) / (Imax + Imin) Unde Imax,Immin- cea mai mare și cea mai mică densitate a fluxului de energie electromagnetică prin analizor (Polaroid, prisma Nicolas...). În practică, polarizarea radiațiilor este adesea descrisă de parametrii Stokes (aceștia determină fluxurile de radiație cu o direcție de polarizare dată).

Biletul 79.

Dacă lumina naturală cade pe interfața dintre doi dielectrici (de exemplu, aer și sticlă), atunci o parte din ea este reflectată, iar o parte din ea este refractă și se răspândește în al doilea mediu. Prin instalarea unui analizor (de exemplu, turmalina) pe calea razelor reflectate și refractate, ne asigurăm că razele reflectate și refractate sunt parțial polarizate: atunci când analizorul este rotit în jurul razelor, intensitatea luminii crește și slăbește periodic ( nu se observă stingerea completă!). Studiile ulterioare au arătat că în fasciculul reflectat predomină vibrațiile perpendiculare pe planul de incidență (sunt indicate prin puncte în Fig. 275), în timp ce în fasciculul refractat predomină vibrațiile paralele cu planul de incidență (reprezentate prin săgeți).

Gradul de polarizare (gradul de separare a undelor luminoase cu o anumită orientare a vectorului electric (și magnetic) depinde de unghiul de incidență al razelor și de indicele de refracție. fizician scoțian D. Brewster(1781-1868) instalat lege, conform căruia la unghiul de incidență i B (unghiul Brewster), determinat de relația

(n 21 - indicele de refracție al celui de-al doilea mediu față de primul), fasciculul reflectat este polarizat plan(conține doar vibrații perpendiculare pe planul de incidență) (Fig. 276). Raza refracta la unghiul de incidentai B polarizat la maxim, dar nu complet.

Dacă lumina lovește o interfață la unghiul Brewster, atunci razele reflectate și refractate reciproc perpendiculare(tg i B = păcat i B/cos i B, n 21 = păcat i B / păcat i 2 (i 2 - unghi de refracție), de unde cos i B=sin i 2). Prin urmare, i B + i 2 =  /2, dar i’ B= i B (legea reflexiei), prin urmare i’ B+ i 2 =  /2.

Gradul de polarizare a luminii reflectate și refractate la diferite unghiuri de incidență poate fi calculat din ecuațiile lui Maxwell, dacă luăm în considerare condițiile la limită pentru câmpul electromagnetic la interfața dintre doi dielectrici izotropi (așa-numitul formule Fresnel).

Gradul de polarizare a luminii refractate poate fi crescut semnificativ (prin refracție multiplă, cu condiția ca lumina să fie incidentă de fiecare dată pe interfață la unghiul Brewster). Dacă, de exemplu, pentru sticlă ( n= 1.53) gradul de polarizare a fasciculului refractat este 15%, apoi după refracția în 8-10 plăci de sticlă suprapuse una peste alta, lumina care iese dintr-un astfel de sistem va fi aproape complet polarizată. O astfel de colecție de plăci se numește picior. Piciorul poate fi folosit pentru a analiza lumina polarizată atât în ​​timpul reflectării, cât și în timpul refracției sale.

Biletul 79 (pentru Spur)

După cum arată experiența, în timpul refracției și reflectării luminii, lumina refractată și reflectată se dovedește a fi polarizată, iar reflexia. lumina poate fi complet polarizată la un anumit unghi de incidență, dar întâmplător. lumina este întotdeauna parţial polarizată.Pe baza formulelor lui Frinell, se poate arăta că reflexia. Lumina este polarizată într-un plan perpendicular pe planul de incidență și refractă. lumina este polarizată într-un plan paralel cu planul de incidență.

Unghiul de incidență la care reflecta lumina este complet polarizata se numeste unghi Brewster.Unghiul Brewster este determinat din legea lui Brewster: - legea lui Brewster.In acest caz, unghiul dintre reflexii. si refractie. razele vor fi egale.Pentru un sistem aer-sticlă, unghiul Brewster este egal.Pentru a obține o bună polarizare, i.e. , la refracția luminii, se folosesc multe suprafețe comestibile, care sunt numite Stoletov’s Stop.

Biletul 80.

Experiența arată că atunci când lumina interacționează cu materia, efectul principal (fiziologic, fotochimic, fotoelectric etc.) este cauzat de oscilațiile vectorului, care în acest sens se numește uneori vector luminos. Prin urmare, pentru a descrie modelele de polarizare a luminii, este monitorizat comportamentul vectorului.

Planul format din vectori și se numește plan de polarizare.

Dacă oscilațiile vectoriale au loc într-un plan fix, atunci o astfel de lumină (rază) se numește polarizat liniar. Este desemnat în mod convențional după cum urmează. Dacă fasciculul este polarizat într-un plan perpendicular (în plan xoz, vezi fig. 2 în a doua prelegere), atunci este desemnat.

Lumina naturală (din surse obișnuite, soarele) constă din valuri care au planuri de polarizare diferite, distribuite haotic (vezi Fig. 3).

Lumina naturală este uneori desemnată convențional ca atare. Se mai numește și nepolarizat.

Dacă, pe măsură ce unda se propagă, vectorul se rotește și capătul vectorului descrie un cerc, atunci o astfel de lumină se numește polarizat circular, iar polarizarea se numește circulară sau circulară (dreapta sau stânga). Există și polarizare eliptică.

Există dispozitive optice (filme, plăci etc.) - polarizatoare, care extrag din lumina naturală lumina polarizată liniar sau parțial polarizată.

Polarizatoarele folosite pentru a analiza polarizarea luminii se numesc analizoare.

Planul polarizatorului (sau analizorului) este planul de polarizare a luminii transmise de polarizator (sau analizor).

Lasă lumina polarizată liniar cu amplitudine să cadă pe un polarizator (sau analizor) E 0 . Amplitudinea luminii transmise va fi egală cu E=E 0 cos j, și intensitatea Eu=I 0 cos 2 j.

Această formulă exprimă legea lui Malus:

Intensitatea luminii polarizate liniar care trece prin analizor este proporțională cu pătratul cosinusului unghiului jîntre planul de oscilaţie al luminii incidente şi planul analizorului.

Biletul 80 (pentru pinten)

Polarizatoarele sunt dispozitive care fac posibilă obținerea luminii polarizate.Analizoarele sunt dispozitive care pot fi folosite pentru a analiza dacă lumina este polarizată sau nu.Din punct de vedere structural, un polarizator și un analizor sunt unul și același.Zn Malus.Lăsați lumina de intensitate să cadă pe polarizator, dacă lumina este naturală, atunci toate direcțiile vectorului E sunt la fel de probabile. Fiecare vector poate fi descompus în două componente reciproc perpendiculare: una dintre ele este paralelă cu planul de polarizare al polarizatorului, iar cealaltă este perpendiculară pe aceasta.

Evident, intensitatea luminii care iese din polarizator va fi egală.Notăm intensitatea luminii care iese din polarizator cu ().Dacă pe calea luminii polarizate este plasat un analizor, al cărui plan principal face un unghi cu planul principal al polarizatorului, apoi intensitatea luminii care iese din analizor este determinată de lege.

Biletul 81.

În timp ce studia strălucirea unei soluții de săruri de uraniu sub influența razelor de radiu, fizicianul sovietic P. A. Cherenkov a atras atenția asupra faptului că și apa în sine strălucește, în care nu există săruri de uraniu. S-a dovedit că atunci când razele (vezi radiația Gamma) sunt trecute prin lichide pure, toate încep să strălucească. S. I. Vavilov, sub a cărui conducere a lucrat P. A. Cherenkov, a emis ipoteza că strălucirea este asociată cu mișcarea electronilor scoși din atomi de cuante de radiu. Într-adevăr, strălucirea depindea puternic de direcția câmpului magnetic din lichid (acest lucru sugerează că a fost cauzată de mișcarea electronilor).

Dar de ce electronii care se mișcă într-un lichid emit lumină? Răspunsul corect la această întrebare a fost dat în 1937 de fizicienii sovietici I.E. Tamm și I.M. Frank.

Un electron, care se mișcă într-o substanță, interacționează cu atomii din jurul acesteia. Sub influența câmpului său electric, electronii și nucleii atomici sunt deplasați în direcții opuse - mediul este polarizat. Polarizati si apoi revenind la starea lor initiala, atomii mediului situat de-a lungul traiectoriei electronilor emit unde de lumina electromagnetica. Dacă viteza electronului v este mai mică decât viteza de propagare a luminii în mediu (indicele de refracție), atunci câmpul electromagnetic va depăși electronul, iar substanța va avea timp să se polarizeze în spațiu înaintea electronului. Polarizarea mediului în fața și în spatele electronului este opusă în direcție, iar radiațiile atomilor polarizați opus, „adăugat”, „se stinge” reciproc. Când atomii care nu au fost încă atinși de un electron nu au timp să se polarizeze, iar radiația apare îndreptată de-a lungul unui strat conic îngust, cu un vârf care coincide cu electronul în mișcare și un unghi la vârful c. Aspectul „conului” de lumină și starea de radiație pot fi obținute din principiile generale de propagare a undelor.

Orez. 1. Mecanismul formării frontului de undă

Lăsați electronul să se miște de-a lungul axei OE (vezi fig. 1) a unui canal gol foarte îngust într-o substanță transparentă omogenă cu indice de refracție (canalul gol este necesar pentru ca ciocnirile electronului cu atomii să nu fie luate în considerare în consideraţie teoretică). Orice punct de pe linia OE ocupat succesiv de un electron va fi centrul emisiei de lumină. Undele care emană din punctele succesive O, D, E interferează între ele și sunt amplificate dacă diferența de fază dintre ele este zero (vezi Interferență). Această condiție este îndeplinită pentru o direcție care formează un unghi de 0 cu traiectoria electronului. Unghiul 0 este determinat de relația:.

Într-adevăr, să considerăm două unde emise într-o direcție la un unghi de 0 față de viteza electronului din două puncte ale traiectoriei - punctul O și punctul D, separate de o distanță. În punctul B, situat pe linia BE, perpendicular pe OB, prima undă la - după timp Până la punctul F, situat pe linia BE, o undă emisă din punct va sosi în momentul de timp după ce unda este emisă din punctul O Aceste două valuri vor fi în fază, adică linia dreaptă va fi un front de undă dacă acești timpi sunt egali:. Asta dă condiția egalității timpurilor. În toate direcțiile pentru care, lumina se va stinge din cauza interferenței undelor emise din secțiuni ale traiectoriei separate de o distanță D. Valoarea lui D este determinată de ecuația evidentă, unde T este perioada oscilațiilor luminii. Această ecuație are întotdeauna o soluție dacă.

Dacă , atunci direcția în care undele emise, atunci când interferează, sunt amplificate, nu există și nu poate fi mai mare de 1.

Orez. 2. Distribuția undelor sonore și formarea unei unde de șoc în timpul mișcării corpului

Radiația se observă numai dacă .

Experimental, electronii zboară într-un unghi solid finit, cu o oarecare răspândire în viteză și, ca urmare, radiația se propagă într-un strat conic în apropierea direcției principale determinate de unghi.

În considerarea noastră, am neglijat încetinirea electronilor. Acest lucru este destul de acceptabil, deoarece pierderile datorate radiației Vavilov-Cerenkov sunt mici și, într-o primă aproximare, putem presupune că energia pierdută de electron nu îi afectează viteza și se mișcă uniform. Aceasta este diferența fundamentală și neobișnuirea radiației Vavilov-Cherenkov. De obicei, sarcinile emit în timp ce se confruntă cu o accelerație semnificativă.

Un electron care își depășește lumina este similar cu un avion care zboară cu o viteză mai mare decât viteza sunetului. În acest caz, o undă sonoră de șoc conică se propagă și în fața aeronavei (vezi Fig. 2).