Bảng 1. Chiết suất của tinh thể.
Chỉ số khúc xạ một số tinh thể ở 18°C đối với các tia thuộc phần quang phổ nhìn thấy được, có bước sóng tương ứng với các vạch quang phổ nhất định. Các phần tử chứa các đường này sẽ được chỉ định; Bước sóng gần đúng λ của những vạch này cũng được biểu thị bằng đơn vị Angstrom
| λ (Å) | vôi vôi | Fluorit | đá muối | Silvin | |
| bình thường tôi. | đặc biệt tôi. | ||||
| 6708 (Lý, cr. l.) | 1,6537 | 1,4843 | 1,4323 | 1,5400 | 1,4866 |
| 6563 (N, cr. l.) | 1,6544 | 1,4846 | 1,4325 | 1,5407 | 1,4872 |
| 6438 (Cd, cr. l.) | 1,6550 | 1,4847 | 1,4327 | 1,5412 | 1,4877 |
| 5893 (Na, l.l.) | 1,6584 | 1,4864 | 1,4339 | 1,5443 | 1,4904 |
| 5461 (Hg, g.l.) | 1,6616 | 1,4879 | 1,4350 | 1,5475 | 1,4931 |
| 5086 (Cd, z.l.) | 1,6653 | 1,4895 | 1,4362 | 1,5509 | 1,4961 |
| 4861 (N, z. l.) | 1,6678 | 1,4907 | 1,4371 | 1,5534 | 1,4983 |
| 4800 (CD, trang) | 1,6686 | 1,4911 | 1,4379 | 1,5541 | 1,4990 |
| 4047 (Hg, f. l) | 1,6813 | 1,4969 | 1,4415 | 1,5665 | 1,5097 |
Bảng 2. Chiết suất của kính quang học.
Các đường C, D và F có bước sóng xấp xỉ bằng nhau: 0,6563 μ (μm), 0,5893 μ và 0,4861 μ.
| Kính quang học | chỉ định | n C | nD | n F |
| Vương miện borosilicat | 516/641 | 1,5139 | 1,5163 | 1,5220 |
| Cron | 518/589 | 1,5155 | 1,5181 | 1,5243 |
| Đá lửa nhẹ | 548/459 | 1,5445 | 1,5480 | 1,5565 |
| Vương miện baryte | 659/560 | 1,5658 | 1,5688 | 1,5759 |
| - || - | 572/576 | 1,5697 | 1,5726 | 1,5796 |
| Đá lửa nhẹ | 575/413 | 1,5709 | 1,5749 | 1,5848 |
| Đá lửa barit nhẹ | 579/539 | 1,5763 | 1,5795 | 1,5871 |
| Vương miện nặng | 589/612 | 1,5862 | 1,5891 | 1,5959 |
| - || - | 612/586 | 1,6095 | 1,6126 | 1,6200 |
| đá lửa | 512/369 | 1,6081 | 1,6129 | 1,6247 |
| - || - | 617/365 | 1,6120 | 1,6169 | 1,6290 |
| - || - | 619/363 | 1,6150 | 1,6199 | 1,6321 |
| - || - | 624/359 | 1,6192 | 1,6242 | 1,6366 |
| Đá lửa barit nặng | 626/391 | 1,6213 | 1,6259 | 1,6379 |
| Đá lửa nặng | 647/339 | 1,6421 | 1,6475 | 1,6612 |
| - || - | 672/322 | 1,6666 | 1,6725 | 1,6874 |
| - || - | 755/275 | 1,7473 | 1,7550 | 1,7747 |
Bảng 3. Chiết suất của thạch anh trong phần quang phổ khả kiến
Bảng tham chiếu đưa ra các giá trị Chỉ số khúc xạ tia thường ( n 0) và bất thường ( n e) cho dải phổ từ khoảng 0,4 đến 0,70 μ.
| λ (μ) | n 0 | n e | Thạch anh nóng chảy |
| 0,404656 | 1,557356 | 1,56671 | 1,46968 |
| 0,434047 | 1,553963 | 1,563405 | 1,46690 |
| 0,435834 | 1,553790 | 1,563225 | 1,46675 |
| 0,467815 | 1,551027 | 1,560368 | 1,46435 |
| 0,479991 | 1,550118 | 1,559428 | 1,46355 |
| 0,486133 | 1,549683 | 1,558979 | 1,46318 |
| 0,508582 | 1,548229 | 1,557475 | 1,46191 |
| 0,533852 | 1,546799 | 1,555996 | 1,46067 |
| 0,546072 | 1,546174 | 1,555350 | 1,46013 |
| 0,58929 | 1,544246 | 1,553355 | 1,45845 |
| 0,643874 | 1,542288 | 1,551332 | 1,45674 |
| 0,656278 | 1,541899 | 1,550929 | 1,45640 |
| 0,706520 | 1,540488 | 1,549472 | 1,45517 |
Bảng 4. Chiết suất của chất lỏng.
Bảng hiển thị các giá trị chỉ số khúc xạ N chất lỏng cho chùm tia có bước sóng xấp xỉ 0,5893 μ (vạch natri màu vàng); nhiệt độ của chất lỏng tại đó thực hiện phép đo N, được chỉ dấu.
| Chất lỏng | t (°C) | N |
| rượu allyl | 20 | 1,41345 |
| Rượu amyl (N.) | 13 | 1,414 |
| anisol | 22 | 1,5150 |
| Anilin | 20 | 1,5863 |
| Acetaldehyde | 20 | 1,3316 |
| Aceton | 19,4 | 1,35886 |
| Benzen | 20 | 1,50112 |
| Bromoform | 19 | 1,5980 |
| Rượu butyl (n.) | 20 | 1,39931 |
| Glyxerin | 20 | 1,4730 |
| Diaxetyl | 18 | 1,39331 |
| Xylen (meta-) | 20 | 1,49722 |
| Xylene (ortho-) | 20 | 1,50545 |
| Xylen (para-) | 20 | 1,49582 |
| Metylen clorua | 24 | 1,4237 |
| Rượu methyl | 14,5 | 1,33118 |
| Axit formic | 20 | 1,37137 |
| Nitrobenzen | 20 | 1,55291 |
| Nitrotoluen (Ortho-) | 20,4 | 1,54739 |
| Paraldehyde | 20 | 1,40486 |
| Pentan (bình thường) | 20 | 1,3575 |
| Pentan (iso-) | 20 | 1,3537 |
| Rượu propyl (bình thường) | 20 | 1,38543 |
| Carbon disulfide | 18 | 1,62950 |
| toluen | 20 | 1,49693 |
| Furfural | 20 | 1,52608 |
| Clorobenzen | 20 | 1,52479 |
| Cloroform | 18 | 1,44643 |
| cloropicrin | 23 | 1,46075 |
| Cacbon tetraclorua | 15 | 1,46305 |
| Etyl bromua | 20 | 1,42386 |
| Etyl iodua | 20 | 1,5168 |
| Etyl axetat | 18 | 1,37216 |
| Etylbenzen | 20 | 1.4959 |
| Etylen bromua | 20 | 1,53789 |
| Ethanol | 18,2 | 1,36242 |
| etyl ete | 20 | 1,3538 |
Bảng 5. Chiết suất của dung dịch đường.
Bảng dưới đây đưa ra các giá trị Chỉ số khúc xạ n dung dịch đường nước (ở 20°C) tùy thuộc vào nồng độ Với giải pháp ( Với hiển thị phần trăm khối lượng của đường trong dung dịch).
| Với (%) | N | Với (%) | N |
| 0 | 1,3330 | 35 | 1,3902 |
| 2 | 1,3359 | 40 | 1,3997 |
| 4 | 1,3388 | 45 | 1,4096 |
| 6 | 1,3418 | 50 | 1,4200 |
| 8 | 1,3448 | 55 | 1,4307 |
| 10 | 1,3479 | 60 | 1,4418 |
| 15 | 1,3557 | 65 | 1,4532 |
| 20 | 1,3639 | 70 | 1,4651 |
| 25 | 1,3723 | 75 | 1,4774 |
| 30 | 1,3811 | 80 | 1,4901 |
Bảng 6. Chiết suất của nước
Bảng hiển thị các giá trị chỉ số khúc xạ N nước ở nhiệt độ 20°C trong khoảng bước sóng khoảng 0,3 đến 1 μ.
| λ (μ) | N | λ (μ) | N | λ(c) | N |
| 0,3082 | 1,3567 | 0,4861 | 1,3371 | 0,6562 | 1,3311 |
| 0,3611 | 1,3474 | 0,5460 | 1,3345 | 0,7682 | 1,3289 |
| 0,4341 | 1,3403 | 0,5893 | 1,3330 | 1,028 | 1,3245 |
Bảng 7. Bảng chiết suất của các chất khí
Bảng đưa ra các giá trị chiết suất của n khí trong điều kiện bình thường đối với vạch D, bước sóng của nó xấp xỉ 0,5893 μ.
| Khí ga | N |
| Nitơ | 1,000298 |
| Amoniac | 1,000379 |
| Argon | 1,000281 |
| Hydro | 1,000132 |
| Không khí | 1,000292 |
| Gelin | 1,000035 |
| Ôxy | 1,000271 |
| neon | 1,000067 |
| cacbon monoxit | 1,000334 |
| Lưu huỳnh đi-ô-xít | 1,000686 |
| Hydro sunfua | 1,000641 |
| Khí cacbonic | 1,000451 |
| clo | 1,000768 |
| Etylen | 1,000719 |
| hơi nước | 1,000255 |
Một nguồn thông tin: HƯỚNG DẪN VẬT LÝ VÀ KỸ THUẬT TÓM TẮT / Tập 1, - M.: 1960.
CHO BÀI GIẢNG SỐ 24
"PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÔNG CỤ"
Khúc xạ kế.
Văn học:
1. V. D. Ponomarev “Hóa phân tích” 1983 246-251
2. A.A. Ishchenko “Hóa học phân tích” 2004 trang 181-184
Khúc xạ kế.
Đo khúc xạ là một trong những phương pháp phân tích vật lý đơn giản nhất sử dụng lượng chất phân tích tối thiểu và được thực hiện trong thời gian rất ngắn.
khúc xạ kế- một phương pháp dựa trên hiện tượng khúc xạ hoặc khúc xạ, tức là thay đổi hướng truyền ánh sáng khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác.
Khúc xạ, cũng như sự hấp thụ ánh sáng, là hệ quả của sự tương tác của nó với môi trường. Từ đo khúc xạ có nghĩa là đo đạc khúc xạ ánh sáng, được ước tính bằng giá trị của chiết suất.
Giá trị chỉ số khúc xạ N phụ thuộc
1) về thành phần của các chất và hệ thống,
2) từ thực tế ở nồng độ bao nhiêu và những phân tử mà chùm ánh sáng gặp trên đường đi của nó, bởi vì Dưới tác dụng của ánh sáng, các phân tử của các chất khác nhau có độ phân cực khác nhau. Phương pháp đo khúc xạ dựa trên sự phụ thuộc này.
Phương pháp này có một số ưu điểm, nhờ đó nó đã được ứng dụng rộng rãi cả trong nghiên cứu hóa học và kiểm soát các quy trình công nghệ.
1) Đo chỉ số khúc xạ là một quá trình rất đơn giản được thực hiện một cách chính xác với thời gian và lượng chất tối thiểu.
2) Thông thường, khúc xạ kế cung cấp độ chính xác lên tới 10% trong việc xác định chiết suất ánh sáng và hàm lượng chất phân tích
Phương pháp khúc xạ được sử dụng để kiểm soát tính xác thực và độ tinh khiết, xác định từng chất và xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ và vô cơ khi nghiên cứu các dung dịch. Khúc xạ kế được sử dụng để xác định thành phần của dung dịch hai thành phần và cho hệ ba thành phần.
Cơ sở vật lý của phương pháp
CHỈ SỐ KHÚC XẠ.
Sự chênh lệch về tốc độ truyền ánh sáng ở hai môi trường càng lớn thì độ lệch của tia sáng so với hướng ban đầu của nó khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác càng lớn.
những môi trường này.
Chúng ta hãy xét sự khúc xạ của một chùm ánh sáng tại ranh giới của hai môi trường trong suốt I và II bất kỳ (Xem hình). Chúng ta hãy đồng ý rằng môi trường II có độ khúc xạ lớn hơn và do đó, n 1 Và n 2- cho thấy sự khúc xạ của môi trường tương ứng. Nếu môi trường I không phải là chân không hoặc không khí thì tỉ số giữa góc tới của chùm sáng và góc khúc xạ sẽ cho giá trị chiết suất tương đối n rel. Giá trị n rel. cũng có thể được định nghĩa là tỉ số chiết suất của môi trường đang xét.
và liên quan. = ----- = ---
Giá trị của chiết suất phụ thuộc vào
1) bản chất của chất
Bản chất của một chất trong trường hợp này được xác định bởi mức độ biến dạng của các phân tử của nó dưới tác động của ánh sáng - mức độ phân cực. Độ phân cực càng mạnh thì khúc xạ ánh sáng càng mạnh.
2)bước sóng của ánh sáng tới
Phép đo chỉ số khúc xạ được thực hiện ở bước sóng ánh sáng 589,3 nm (vạch D của phổ natri).
Sự phụ thuộc của chiết suất vào bước sóng ánh sáng được gọi là sự tán sắc. Bước sóng càng ngắn thì khúc xạ càng lớn. Do đó, các tia có bước sóng khác nhau bị khúc xạ khác nhau.
3)nhiệt độ , tại đó phép đo được thực hiện. Điều kiện tiên quyết để xác định chiết suất là tuân thủ chế độ nhiệt độ. Thông thường việc xác định được thực hiện ở 20±0,3 0 C.
Khi nhiệt độ tăng thì chiết suất giảm, khi nhiệt độ giảm thì chiết suất tăng..
Việc hiệu chỉnh ảnh hưởng của nhiệt độ được tính theo công thức sau:
n t = n 20 + (20-t) 0,0002, trong đó
n- Tạm biệt chiết suất ở nhiệt độ nhất định,
n 20 - chiết suất ở 20 0 C
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến giá trị chiết suất của chất khí và chất lỏng gắn liền với giá trị hệ số giãn nở thể tích của chúng. Thể tích của tất cả các chất khí và chất lỏng tăng khi đun nóng, mật độ giảm và do đó chất chỉ thị giảm
Chỉ số khúc xạ đo được ở 20 0 C và bước sóng ánh sáng 589,3 nm được ký hiệu bằng chỉ số n D 20
Sự phụ thuộc của chiết suất của hệ hai thành phần đồng nhất vào trạng thái của nó được thiết lập bằng thực nghiệm bằng cách xác định chiết suất của một số hệ chuẩn (ví dụ: dung dịch), hàm lượng của các thành phần trong đó đã biết.
4) nồng độ của chất trong dung dịch.
Đối với nhiều dung dịch nước của các chất, chỉ số khúc xạ ở các nồng độ và nhiệt độ khác nhau được đo một cách đáng tin cậy và trong những trường hợp này có thể sử dụng sách tham khảo. bảng khúc xạ. Thực tiễn cho thấy khi hàm lượng chất hòa tan không vượt quá 10-20%, cùng với phương pháp đồ thị, trong nhiều trường hợp có thể sử dụng phương trình tuyến tính như:
n=n o +FC,
N- chiết suất của dung dịch,
KHÔNG- chiết suất của dung môi nguyên chất,
C- nồng độ chất tan,%
F-hệ số thực nghiệm, giá trị của nó được tìm thấy
bằng cách xác định chiết suất của dung dịch có nồng độ đã biết.
Khúc xạ kế.
Khúc xạ kế là dụng cụ dùng để đo chỉ số khúc xạ. Có 2 loại thiết bị này: khúc xạ kế loại Abbe và loại Pulfrich. Trong cả hai trường hợp, các phép đo đều dựa trên việc xác định góc khúc xạ tối đa. Trong thực tế, khúc xạ kế của các hệ thống khác nhau được sử dụng: RL trong phòng thí nghiệm, RL phổ quát, v.v.
Chiết suất của nước cất là n 0 = 1,33299, nhưng thực tế chỉ số này được lấy làm tham chiếu là n 0 =1,333.
Nguyên lý hoạt động của khúc xạ kế dựa trên việc xác định chiết suất bằng phương pháp góc giới hạn (góc phản xạ toàn phần của ánh sáng).
Khúc xạ kế cầm tay
Khúc xạ kế Abbe
Nếu một sóng ánh sáng tới trên một ranh giới phẳng ngăn cách hai chất điện môi có hằng số điện môi tương đối khác nhau thì sóng này bị phản xạ khỏi mặt phân cách và khúc xạ, truyền từ chất điện môi này sang chất điện môi khác. Độ khúc xạ của môi trường trong suốt được đặc trưng bởi chiết suất của nó, thường được gọi là chiết suất.
Chỉ số khúc xạ tuyệt đối
SỰ ĐỊNH NGHĨA
Chỉ số khúc xạ tuyệt đối gọi tên một đại lượng vật lý bằng tỉ số giữa tốc độ truyền ánh sáng trong chân không () và tốc độ pha của ánh sáng trong môi trường (). Chỉ số khúc xạ này được ký hiệu bằng chữ cái . Về mặt toán học, chúng ta viết định nghĩa này của chiết suất như sau:
Đối với bất kỳ chất nào (ngoại trừ chân không), giá trị của chiết suất phụ thuộc vào tần số ánh sáng và các thông số của chất đó (nhiệt độ, mật độ, v.v.). Đối với khí hiếm, chiết suất được lấy bằng .
Nếu chất đó là dị hướng thì n phụ thuộc vào hướng ánh sáng truyền đi và sóng ánh sáng bị phân cực như thế nào.
Dựa trên định nghĩa (1), chiết suất tuyệt đối có thể được tìm thấy là:
trong đó là hằng số điện môi của môi trường và là độ từ của môi trường.
Chiết suất có thể là một đại lượng phức tạp trong môi trường hấp thụ. Trong phạm vi bước sóng quang học ở = 1, hằng số điện môi được viết là:
thì chiết suất:
trong đó phần thực của chiết suất bằng:
phản xạ khúc xạ, phần ảo:
chịu trách nhiệm hấp thụ.
Chỉ số khúc xạ tương đối
SỰ ĐỊNH NGHĨA
Chỉ số khúc xạ tương đối() của môi trường thứ hai so với môi trường thứ nhất được gọi là tỷ số tốc độ pha của ánh sáng trong chất thứ nhất với tốc độ pha trong chất thứ hai:
chiết suất tuyệt đối của môi trường thứ hai là chiết suất tuyệt đối của chất thứ nhất. Trong trường hợp title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="16" width="60" style="vertical-align: -4px;">, то вторая среда считается оптически более плотной, чем первая.!}
Đối với sóng đơn sắc có độ dài lớn hơn nhiều so với khoảng cách giữa các phân tử trong một chất thì định luật Snell được thỏa mãn:
trong đó góc tới, là góc khúc xạ, là chiết suất tương đối của chất trong đó ánh sáng khúc xạ truyền đi, so với môi trường trong đó sóng tới lan truyền.
Các đơn vị
Chỉ số khúc xạ là một đại lượng không thứ nguyên.
Ví dụ về giải quyết vấn đề
VÍ DỤ 1
| Bài tập | Góc giới hạn của phản xạ toàn phần () sẽ là bao nhiêu nếu một tia sáng truyền từ thủy tinh vào không khí. Chiết suất của thủy tinh được coi là n = 1,52. |
| Giải pháp | Khi có phản xạ toàn phần thì góc khúc xạ () lớn hơn hoặc bằng  ). Đối với một góc, định luật khúc xạ được chuyển về dạng: Vì góc tới của chùm tia bằng góc phản xạ nên ta viết: Theo điều kiện của bài toán, chùm tia truyền từ luồng vào không khí, điều này có nghĩa là Hãy thực hiện các phép tính:
|
| Trả lời |
VÍ DỤ 2
| Bài tập | Mối quan hệ giữa góc tới của tia sáng () và chiết suất của một chất (n) là gì? Nếu góc giữa tia phản xạ và tia khúc xạ bằng? Chùm tia rơi từ không khí vào vật chất. |
| Giải pháp | Hãy vẽ một bức tranh. |
Bài viết này tiết lộ bản chất của một khái niệm quang học như chiết suất. Các công thức để thu được đại lượng này được đưa ra và tổng quan ngắn gọn về ứng dụng của hiện tượng khúc xạ sóng điện từ.
Chỉ số thị giác và khúc xạ
Vào buổi bình minh của nền văn minh, người ta đặt câu hỏi: Mắt nhìn như thế nào? Có ý kiến cho rằng một người phát ra những tia cảm nhận được các vật thể xung quanh, hoặc ngược lại, tất cả mọi vật đều phát ra những tia như vậy. Câu trả lời cho câu hỏi này đã được đưa ra vào thế kỷ XVII. Nó được tìm thấy trong quang học và có liên quan đến chiết suất là gì. Phản xạ từ các bề mặt mờ đục khác nhau và khúc xạ ở viền bằng các bề mặt trong suốt, ánh sáng mang lại cho con người cơ hội nhìn thấy.
Chỉ số ánh sáng và khúc xạ
Hành tinh của chúng ta được bao phủ bởi ánh sáng của Mặt trời. Và chính xác là với bản chất sóng của photon mà khái niệm chiết suất tuyệt đối có liên quan. Khi truyền trong chân không, photon không gặp trở ngại nào. Trên hành tinh, ánh sáng gặp nhiều môi trường đậm đặc khác nhau: khí quyển (hỗn hợp khí), nước, tinh thể. Là sóng điện từ, photon ánh sáng có tốc độ một pha trong chân không (ký hiệu là c) và trong môi trường - cái khác (ký hiệu là v). Tỷ số của thứ nhất và thứ hai được gọi là chiết suất tuyệt đối. Công thức như sau: n = c / v.
Tốc độ pha
Cần xác định vận tốc pha của môi trường điện từ. Mặt khác, hãy hiểu chiết suất là gì N, nó bị cấm. Một photon ánh sáng là một sóng. Điều này có nghĩa là nó có thể được biểu diễn dưới dạng một gói năng lượng dao động (hãy tưởng tượng một đoạn sóng hình sin). Pha là đoạn hình sin mà sóng truyền đi tại một thời điểm nhất định (hãy nhớ rằng điều này rất quan trọng để hiểu đại lượng như chiết suất).
Ví dụ, pha có thể là cực đại của hình sin hoặc một đoạn nào đó của độ dốc của nó. Tốc độ pha của sóng là tốc độ di chuyển của pha cụ thể đó. Như định nghĩa về chiết suất giải thích, các giá trị này khác nhau đối với chân không và đối với môi trường. Hơn nữa, mỗi môi trường đều có giá trị riêng của đại lượng này. Bất kỳ hợp chất trong suốt nào, bất kể thành phần của nó, đều có chiết suất khác với tất cả các chất khác.
Chỉ số khúc xạ tuyệt đối và tương đối
Ở trên đã chỉ ra rằng giá trị tuyệt đối được đo tương đối với chân không. Tuy nhiên, điều này rất khó khăn trên hành tinh của chúng ta: ánh sáng thường xuyên chạm vào ranh giới của không khí và nước hoặc thạch anh và Spinel. Đối với mỗi môi trường này, như đã đề cập ở trên, chiết suất là khác nhau. Trong không khí, một photon ánh sáng truyền theo một hướng và có một tốc độ pha (v 1), nhưng khi đi vào nước, nó sẽ thay đổi hướng truyền và tốc độ pha (v 2). Tuy nhiên, cả hai hướng này đều nằm trong cùng một mặt phẳng. Điều này rất quan trọng để hiểu được hình ảnh của thế giới xung quanh được hình thành như thế nào trên võng mạc của mắt hoặc trên ma trận của máy ảnh. Tỉ số giữa hai giá trị tuyệt đối cho ra chiết suất tương đối. Công thức như sau: n 12 = v 1 / v 2.
Nhưng ngược lại, điều gì sẽ xảy ra nếu ánh sáng thoát ra khỏi nước và đi vào không khí? Khi đó giá trị này sẽ được xác định theo công thức n21 = v 2/v 1. Khi nhân các chiết suất tương đối, chúng ta thu được n 21 * n 12 = (v 2 * v 1) / (v 1 * v 2) = 1. Mối quan hệ này đúng với mọi cặp môi trường. Chiết suất tương đối có thể được tìm thấy từ sin của góc tới và góc khúc xạ n 12 = sin Ɵ 1 / sin Ɵ 2. Đừng quên rằng các góc được đo từ bình thường đến bề mặt. Pháp tuyến là một đường thẳng vuông góc với bề mặt. Nghĩa là, nếu bài toán được cho một góc α rơi so với bề mặt thì phải tính sin của (90 - α).
Vẻ đẹp của chiết suất và ứng dụng của nó
Vào một ngày nắng êm đềm, hình ảnh phản chiếu phản chiếu dưới đáy hồ. Băng xanh thẫm bao phủ tảng đá. Một viên kim cương làm tỏa ra hàng nghìn tia lửa trên tay người phụ nữ. Những hiện tượng này là hệ quả của thực tế là mọi ranh giới của môi trường trong suốt đều có chiết suất tương đối. Ngoài niềm vui về mặt thẩm mỹ, hiện tượng này còn có thể được sử dụng cho các ứng dụng thực tế.
Dưới đây là ví dụ:
- Một thấu kính thủy tinh thu thập một chùm ánh sáng mặt trời và đốt cháy cỏ.
- Chùm tia laser tập trung vào cơ quan bị bệnh và cắt bỏ các mô không cần thiết.
- Ánh sáng mặt trời khúc xạ trên cửa sổ kính màu cổ kính, tạo nên bầu không khí đặc biệt.
- Kính hiển vi phóng to hình ảnh của những chi tiết rất nhỏ.
- Thấu kính quang phổ thu thập ánh sáng laser phản xạ từ bề mặt của chất đang được nghiên cứu. Bằng cách này, có thể hiểu được cấu trúc và tính chất của vật liệu mới.
- Thậm chí còn có một dự án về máy tính quang tử, nơi thông tin sẽ được truyền đi không phải bằng các electron như hiện nay mà bằng các photon. Một thiết bị như vậy chắc chắn sẽ yêu cầu các bộ phận khúc xạ.
Bước sóng
Tuy nhiên, Mặt trời cung cấp cho chúng ta các photon không chỉ trong quang phổ khả kiến. Tầm nhìn của con người không thể cảm nhận được tia hồng ngoại, tia cực tím và tia X nhưng chúng ảnh hưởng đến cuộc sống của chúng ta. Tia hồng ngoại làm ấm chúng ta, các photon UV làm ion hóa các tầng trên của khí quyển và giúp thực vật tạo ra oxy thông qua quá trình quang hợp.
Và chiết suất bằng bao nhiêu không chỉ phụ thuộc vào các chất mà ranh giới nằm giữa mà còn phụ thuộc vào bước sóng của bức xạ tới. Giá trị chính xác mà chúng ta đang nói đến thường rõ ràng từ ngữ cảnh. Nghĩa là, nếu cuốn sách nghiên cứu về tia X và tác dụng của nó đối với con người, thì Nở đó nó được xác định cụ thể cho phạm vi này. Nhưng thông thường phổ nhìn thấy được của sóng điện từ được dùng trừ khi có quy định khác.
Chỉ số khúc xạ và phản xạ
Như những gì đã viết ở trên đã trở nên rõ ràng, chúng ta đang nói về môi trường trong suốt. Chúng tôi lấy không khí, nước và kim cương làm ví dụ. Nhưng còn gỗ, đá granit, nhựa thì sao? Có thứ gọi là chỉ số khúc xạ cho chúng không? Câu trả lời rất phức tạp, nhưng nói chung - có.
Trước hết, chúng ta nên xem xét loại ánh sáng mà chúng ta đang xử lý. Những môi trường mờ đục đối với các photon nhìn thấy được sẽ bị tia X hoặc bức xạ gamma cắt xuyên qua. Nghĩa là, nếu tất cả chúng ta đều là siêu nhân thì toàn bộ thế giới xung quanh sẽ trong suốt đối với chúng ta, nhưng ở những mức độ khác nhau. Ví dụ, các bức tường bê tông sẽ không đặc hơn thạch và các phụ kiện bằng kim loại sẽ trông giống như những miếng trái cây đặc hơn.
Đối với các hạt cơ bản khác, muon, hành tinh của chúng ta nói chung là trong suốt hoàn toàn. Có một thời, các nhà khoa học gặp rất nhiều khó khăn trong việc chứng minh sự tồn tại của chúng. Hàng triệu muon xuyên qua chúng ta mỗi giây, nhưng xác suất để một hạt va chạm với vật chất là rất nhỏ và rất khó phát hiện ra điều này. Nhân tiện, Baikal sẽ sớm trở thành nơi “bắt” muon. Nước sâu và trong vắt ở đây rất lý tưởng cho việc này - đặc biệt là vào mùa đông. Điều chính là các cảm biến không bị đóng băng. Vì vậy, chiết suất của bê tông, chẳng hạn, đối với các photon tia X là có ý nghĩa. Hơn nữa, chiếu xạ một chất bằng tia X là một trong những cách chính xác và quan trọng nhất để nghiên cứu cấu trúc của tinh thể.
Cũng cần nhớ rằng theo nghĩa toán học, các chất mờ đục trong một phạm vi nhất định có chiết suất tưởng tượng. Cuối cùng, chúng ta phải hiểu rằng nhiệt độ của một chất cũng có thể ảnh hưởng đến độ trong suốt của nó.
Khúc xạ là một số trừu tượng nhất định đặc trưng cho khả năng khúc xạ của bất kỳ môi trường trong suốt nào. Người ta thường biểu thị nó là n. Có chiết suất tuyệt đối và chiết suất tương đối.
Đầu tiên được tính bằng một trong hai công thức:
n = sin α / sin β = const (trong đó sin α là sin của góc tới và sin β là sin của tia sáng đi vào môi trường đang xét từ chân không)
n = c / υ λ (trong đó c là tốc độ ánh sáng trong chân không, υ λ là tốc độ ánh sáng trong môi trường đang nghiên cứu).
Ở đây phép tính cho thấy ánh sáng thay đổi tốc độ truyền bao nhiêu lần tại thời điểm chuyển từ chân không sang môi trường trong suốt. Điều này xác định chỉ số khúc xạ (tuyệt đối). Để tìm ra mối quan hệ, hãy sử dụng công thức:
Nghĩa là, chiết suất tuyệt đối của các chất có mật độ khác nhau, chẳng hạn như không khí và thủy tinh, được xem xét.
Nói chung, các hệ số tuyệt đối của bất kỳ vật thể nào, dù là khí, lỏng hay rắn, luôn lớn hơn 1. Về cơ bản, giá trị của chúng nằm trong khoảng từ 1 đến 2. Giá trị này chỉ có thể cao hơn 2 trong những trường hợp ngoại lệ. Ý nghĩa của tham số này đối với một số môi trường là:
Giá trị này khi áp dụng cho chất tự nhiên cứng nhất trên hành tinh, kim cương, là 2,42. Rất thường xuyên, khi tiến hành nghiên cứu khoa học, v.v., cần phải biết chiết suất của nước. Tham số này là 1.334.
Tất nhiên, vì bước sóng là một chỉ báo có thể thay đổi nên chỉ số được gán cho chữ cái n. Giá trị của nó giúp hiểu hệ số này thuộc về sóng nào của quang phổ. Khi xét cùng một chất, nhưng khi bước sóng ánh sáng tăng dần thì chiết suất sẽ giảm. Hoàn cảnh này gây ra sự phân hủy ánh sáng thành quang phổ khi đi qua thấu kính, lăng kính, v.v.
Bằng giá trị của chỉ số khúc xạ, bạn có thể xác định, ví dụ, lượng chất này hòa tan trong chất khác. Điều này có thể hữu ích, chẳng hạn như trong quá trình pha chế hoặc khi bạn cần biết nồng độ đường, trái cây hoặc quả mọng trong nước trái cây. Chỉ số này rất quan trọng trong việc xác định chất lượng của các sản phẩm dầu mỏ và trong đồ trang sức, khi cần chứng minh tính xác thực của đá, v.v.
Nếu không sử dụng bất kỳ chất nào, thang đo hiển thị trong thị kính của thiết bị sẽ hoàn toàn có màu xanh lam. Nếu bạn nhỏ nước cất thông thường vào lăng kính, nếu thiết bị được hiệu chuẩn chính xác, ranh giới giữa màu xanh lam và màu trắng sẽ đi dọc theo vạch 0. Khi nghiên cứu một chất khác, nó sẽ dịch chuyển dọc theo thang đo theo chiết suất đặc trưng của nó.
