Меню

Что такое показатель преломления как его измерить



Коэффициент преломления

Показа́тель преломле́ния вещества — величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде . Также о показателе преломления иногда говорят для любых других волн, например, звуковых, хотя в таких случаях, как последний, определение, конечно, приходится как-то модифицировать.

Показатель преломления зависит от свойств вещества и длины волны излучения, для некоторых веществ показатель преломления достаточно сильно меняется при изменении частоты электромагнитных волн от низких частот до оптических и далее, а также может еще более резко меняться в определенных областях частотной шкалы. По умолчанию обычно имеется в виду оптический диапазон или диапазон, определяемый контекстом.

Существуют оптически анизотропные вещества, в которых показатель преломления зависит от направления и поляризации света. Такие вещества достаточно распространены, в частности, это все кристаллы с достаточно низкой симметрией кристаллической решетки, а также вещества, подвергнутые механической деформации.

Показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрических проницаемостей среды

(надо при этом учитывать, что значения и для интересующего диапазона частот — например, оптического, могут очень сильно отличаться от статического значения этих величин).

Для измерения коэффициента преломления используют ручные и автоматические рефрактометры. При использовании рефрактометра для определения концентрации сахара в водном растворе прибор называют Сахариметр.

Отношение синуса угла падения ( α ) луча к синусу угла преломления ( γ ) при переходе луча из среды A в среду B называется относительным показателем преломления для этой пары сред.

Величина n есть относительный показатель преломления среды В по отношению к среде А, а n’ = 1/n есть относительный показатель преломления среды А по отношению к среде В.

Эта величина при прочих равных условиях больше единицы при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную, и меньше единицы при переходе луча из среды менее плотной в среду более плотную (например, из газа или из вакуума в жидкость или твердое тело). Есть исключения из этого правила, и потому принято называть среду оптически более или менее плотной, чем другая (не путать с оптической плотностью как мерой непрозрачности среды).

Луч, падающий из безвоздушного пространства на поверхность какой-нибудь среды В, преломляется сильнее, чем при падении на нее из другой среды А; показатель преломления луча, падающего на среду из безвоздушного пространства, называется его абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления данной среды, это и есть показатель преломления, определение которого дано в начале статьи. Показатель преломления любого газа, в том числе воздуха, при обычных условиях много меньше, чем показатели преломления жидкостей или твердых тел, поэтому приближенно (и со сравнительно неплохой точностью) об абсолютном показателе преломления можно судить по показателю преломления относительно воздуха.

Источник

Показатель преломления

Показа́тель преломле́ния вещества — величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде . Также о показателе преломления говорят для любых других волн, например, звуковых [1] .

Содержание

Описание

Показатель преломления зависит от свойств вещества и длины волны излучения, для некоторых веществ показатель преломления достаточно сильно меняется при изменении частоты электромагнитных волн от низких частот до оптических и далее, а также может ещё более резко меняться в определённых областях частотной шкалы. По умолчанию обычно имеется в виду оптический диапазон или диапазон, определяемый контекстом.

Существуют оптически анизотропные вещества, в которых показатель преломления зависит от направления и поляризации света. Такие вещества достаточно распространены, в частности, это все кристаллы с достаточно низкой симметрией кристаллической решётки, а также вещества, подвергнутые механической деформации.

Показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрических проницаемостей среды

(надо при этом учитывать, что значения магнитной проницаемости и показателя абсолютной диэлектрической проницаемости для интересующего диапазона частот — например, оптического, могут очень сильно отличаться от статического значения этих величин).

Читайте также:  Работа с датчиком измерения угла поворота

Для измерения показателя преломления используют ручные и автоматические рефрактометры. При использовании рефрактометра для определения концентрации сахара в водном растворе прибор называют сахариметр.

Отношение показателя преломления одной среды к показателю преломления второй называют относительным показателем преломления первой среды по отношению к второй. Для выполняется:

где и — фазовые скорости света в первой и второй средах соответственно. Очевидно, что относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой является величина, равная .

Эта величина, при прочих равных условиях, обычно меньше единицы при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную, и больше единицы при переходе луча из среды менее плотной в среду более плотную (например, из газа или из вакуума в жидкость или твердое тело). Есть исключения из этого правила, и потому принято называть среду оптически более или менее плотной, чем другая (не путать с оптической плотностью как мерой непрозрачности среды).

Луч, падающий из безвоздушного пространства на поверхность какой-нибудь среды, преломляется сильнее, чем при падении на неё из другой среды; показатель преломления луча, падающего на среду из безвоздушного пространства, называется его абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления данной среды, это и есть показатель преломления, определение которого дано в начале статьи. Показатель преломления любого газа, в том числе воздуха, при обычных условиях много меньше, чем показатели преломления жидкостей или твердых тел, поэтому приближенно (и со сравнительно неплохой точностью) об абсолютном показателе преломления можно судить по показателю преломления относительно воздуха.

Примеры

Показатели преломления некоторых сред приведены в таблице.

Показатели преломления для длины волны 589,3 нм

Тип среды Среда Температура, °С Значение
Кристаллы [2] LiF 20 1,3920
NaCl 20 1,5442
KCl 20 1,4870
KBr 20 1,5552
Оптические стёкла [3] ЛК3 (Лёгкий крон) 20 1,4874
К8 (Крон) 20 1,5163
ТК4 (Тяжёлый крон) 20 1,6111
СТК9 (Сверхтяжёлый крон) 20 1,7424
Ф1 (Флинт) 20 1,6128
ТФ10 (Тяжёлый флинт) 20 1,8060
СТФ3 (Сверхтяжёлый флинт) 20 2,1862 [4]
Драгоценные камни [2] Алмаз белый 2,417
Берилл 1,571 — 1,599
Изумруд 1,588 — 1,595
Сапфир белый 1,768 — 1,771
Сапфир зелёный 1,770 — 1,779
Жидкости [2] Вода дистиллированная 20 1,3330
Бензол 20-25 1,5014
Глицерин 20-25 1,4370
Кислота серная 20-25 1,4290
Кислота соляная 20-25 1,2540
Масло анисовое 20-25 1,560
Масло подсолнечное 20-25 1,470
Масло оливковое 20-25 1,467
Спирт этиловый 20-25 1,3612

Материалы с отрицательным коэффициентом преломления

В 1967 году Виктор Георгиевич Веселаго высказал гипотезу о существовании веществ с отрицательным значением показателя преломления [5] . Существование подобных веществ было практически доказано в 2000 г. Дэвидом Смитом (англ. David R. Smith ) из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Джоном Пендри (англ. John B. Pendry ) из Имперского колледжа в Лондоне [6] . Подобные метаматериалы обладают рядом интересных свойств [7] :

  • фазовая и групповая скорости волн имеют различное направление;
  • возможно преодоление дифракционного предела при создании оптических систем («суперлинз»), повышение с их помощью разрешающей способности микроскопов, создание микросхем наномасштаба, повышение плотности записи на оптические носители информации).

Источник

Показатель преломления

Показатель преломления
n <\displaystyle n>
Размерность безразмерная
Примечания
скаляр

Показа́тель преломле́ния (абсолютный показатель преломления) вещества — величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде n = c v <\displaystyle n=<\frac >> . Также о показателе преломления говорят для любых других волн, например, звуковых [1] .

Содержание

Описание

Показатель преломления, как абсолютный, так и относительный (см. ниже), равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления (см. Закон преломления света), и зависит от природы (свойств) вещества и длины волны излучения; для некоторых веществ показатель преломления достаточно сильно меняется при изменении частоты электромагнитных волн от низких частот до оптических и далее, а также может ещё более резко меняться в определённых областях частотной шкалы. По умолчанию обычно имеется в виду оптический диапазон или диапазон, определяемый контекстом.

Существуют оптически анизотропные вещества, в которых показатель преломления зависит от направления и поляризации света. Такие вещества достаточно распространены, в частности, это все кристаллы с достаточно низкой симметрией кристаллической решётки, а также вещества, подвергнутые механической деформации.

Показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрической проницаемостей среды

(надо при этом учитывать, что значения магнитной проницаемости μ <\displaystyle \mu > и диэлектрической проницаемости ε <\displaystyle \varepsilon > для интересующего диапазона частот — например, оптического, могут очень сильно отличаться от статических значений этих величин).

В поглощающих средах диэлектрическая проницаемость содержит мнимую компоненту ε ^ = ε 1 + i ε 2 <\displaystyle <\boldsymbol <\hat <\varepsilon >>>=\varepsilon _<1>+i\varepsilon _<2>> , поэтому показатель преломления n ^ = μ ε ^ <\displaystyle <\boldsymbol <\hat >>=<\sqrt <\mu <\boldsymbol <\hat <\varepsilon >>>>>> становится комплексным: n ^ = n + i k <\displaystyle <\boldsymbol <\hat >>=n+ik> . В области оптических частот, где μ = 1 <\displaystyle \mu =1> , действительная часть показателя преломления n = ε 1 + ε 1 2 + ε 2 2 2 <\displaystyle n=<\sqrt <\frac <\varepsilon _<1>+<\sqrt <\varepsilon _<1>^<2>+\varepsilon _<2>^<2>>>><2>>>> описывает, собственно, преломление, а мнимая часть k = ε 2 2 n <\displaystyle k=<\frac <\varepsilon _<2>><2n>>> —- поглощение.

По закону преломления волн преломлённый луч B C <\displaystyle BC> содержится в одной плоскости с падающим лучом A B <\displaystyle AB> , каковой падает на поверхность раздела сред, и нормалью N <\displaystyle N> в точке падения B <\displaystyle B> , а отношение синуса угла падения θ 1 <\displaystyle \theta _<1>> к синусу угла преломления θ 2 <\displaystyle \theta _<2>> равно отношению скоростей распространения v 1 <\displaystyle v_<1>> и v 2 <\displaystyle v_<2>> волн в этих средах. Это отношение является постоянным для данных сред и называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Обозначая его как n 21 <\displaystyle n_<21>> , получаем, что выполняется:

n 21 = v 1 v 2 , <\displaystyle n_<21>=<\frac >>>,>

Аналогично, для относительного показателя преломления первой среды относительно второй n 12 <\displaystyle n_<12>> выполняется:

n 12 = v 2 v 1 , <\displaystyle n_<12>=<\frac >>>,>

Очевидно, что n 12 <\displaystyle n_<12>> и n 21 <\displaystyle n_<21>> связаны соотношением:

n 12 n 21 = 1. <\displaystyle n_<12>n_<21>=1.>

Относительный показатель преломления, при прочих равных условиях, обычно меньше единицы при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную, и больше единицы при переходе луча из среды менее плотной в среду более плотную (например, из газа или из вакуума в жидкость или твёрдое тело). Есть исключения из этого правила, и потому среду с относительным показателем преломления, бо́льшим единицы, принято называть оптически более плотной, чем другая (не путать с оптической плотностью как мерой непрозрачности среды).

Луч, падающий из вакуума на поверхность какой-нибудь среды, преломляется сильнее, чем при падении на неё из другой среды; показатель преломления среды, соответствующий лучу, падающему на неё из вакуума, называется абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления; это и есть показатель преломления, определение которого дано в начале статьи. Абсолютный показатель преломления любого газа, в том числе воздуха, при обычных условиях мало отличается от единицы, поэтому приближенно (и со сравнительно неплохой точностью) об абсолютном показателе преломления исследуемой среды можно судить по её показателю преломления относительно воздуха.

Для измерения показателя преломления используют ручные и автоматические рефрактометры.

Примеры

Показатели преломления nD (жёлтый дублет натрия, λD = 589,3 нм ) некоторых сред приведены в таблице.

Показатели преломления для длины волны 589,3 нм

Тип среды Среда Температура, °С Значение
Кристаллы [2] LiF 20 1,3920
NaCl 20 1,5442
KCl 20 1,4870
KBr 20 1,5552
Оптические стёкла [3] ЛК3 (Лёгкий крон) 20 1,4874
К8 (Крон) 20 1,5163
ТК4 (Тяжёлый крон) 20 1,6111
СТК9 (Сверхтяжёлый крон) 20 1,7424
Ф1 (Флинт) 20 1,6128
ТФ10 (Тяжёлый флинт) 20 1,8060
СТФ3 (Сверхтяжёлый флинт) 20 2,1862 [4]
Драгоценные камни [2] Алмаз белый 2,417
Берилл 1,571—1,599
Изумруд 1,588—1,595
Сапфир белый 1,768—1,771
Сапфир зелёный 1,770—1,779
Жидкости [2] Вода дистиллированная 20 1,3330
Бензол 20—25 1,5014
Глицерин 20—25 1,4730
Кислота серная 20—25 1,4290
Кислота соляная 20—25 1,2540
Масло анисовое 20—25 1,560
Масло подсолнечное 20—25 1,470
Масло оливковое 20—25 1,467
Спирт этиловый 20—25 1,3612

Материалы с отрицательным показателем преломления

В 1967 году В. Г. Веселаго высказал гипотезу о существовании материалов с отрицательным значением показателя преломления [5] . Существование подобных материалов было практически доказано в 2000 г. Дэвидом Смитом (англ. David R. Smith ) из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Джоном Пендри из Имперского колледжа в Лондоне [6] . Подобные метаматериалы обладают рядом интересных свойств [7] :

  • фазовая и групповая скорости волн имеют различное направление;
  • возможно преодоление дифракционного предела при создании оптических систем («суперлинз»), повышение с их помощью разрешающей способности микроскопов, создание микросхем наномасштаба, повышение плотности записи на оптические носители информации.

См. также

  • Преломление
  • Закон Снелла
  • Метаматериалы
  • Метрический тензор
  • Иммерсионный метод измерения показателя преломления.

Примечания

  1. Линза акустическая — статья из Физической энциклопедии
  2. 123Бабичев А. П., Бабушкина Н. А., Братковский А. М. и др. Физические величины/ / Под ред. И. С. Григорьева и Е. З. Мейлихова. — Справочник. — М. : Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-283-04013-5.
  3. ↑ГОСТ 13659-78. Стекло оптическое бесцветное. Физико-химические характеристики. Основные параметры. — М: Издательство стандартов, 1999. — 27 с.
  4. ↑ Бесцветное оптическое стекло СССР. Каталог. Под ред. Петровского Г. Т. — М. : Дом оптики, 1990. — 131 с. — 3000 экз.
  5. Веселаго В. Г. // УФН. — 1967. — Т. 92 . — С. 517 .
  6. ↑ John B. Pendry; David R. Smith. «Reversing Light with Negative Refraction». Physics Today57 (6).
  7. Дж. Пендри, Д. Смит.В поисках суперлинзы. Elementy.ru (2006). Архивировано 22 августа 2011 года.

Литература

  • Веселаго В.Г.О формулировке принципа Ферма для света, распространяющегося в веществах с отрицательным преломлением // Успехи физических наук, 2002, т. 172, № 10, c. 1215-1218.
  • Веселаго В.Г.Электродинамика материалов с отрицательным коэффициентом преломления // Успехи физических наук, 2003, т. 173, № 7, c. 790-794.
  • Вашковский А.В., Локк Э.Г.Возникновение отрицательного коэффициента преломления при распространении поверхностной магнитостатической волны через границу раздела сред феррит-феррит-диэлектрик-металл // Успехи физических наук, 2004, т. 174, № 6, c. 657-662.
  • Агранович В.М.Отрицательное преломление в оптическом диапазоне и нелинейное распространение волн // Успехи физических наук, 2004, т. 174, № 6, c. 683-684.
  • Вашковский А.В., Локк Э.Г.Свойства обратных электромагнитных волн и возникновение отрицательного отражения в ферритовых пленках // Успехи физических наук, 2006, т. 176, № 4, c. 403-414.
  • Вашковский А.В., Локк Э.Г.Прямые и обратные неколлинеарные волны в магнитных пленках // Успехи физических наук, 2006, т. 176, № 5, c. 557-562.
  • Агранович В.М., Гартштейн Ю.Н.Пространственная дисперсия и отрицательное преломление света // Успехи физических наук, 2006, т. 176, № 10, c. 1051-1068.
  • Воронов В. К., Подоплелов А. В. Физика на переломе тысячелетий: конденсированное состояние, 2-е изд., М.: ЛКИ, 2012, 336 стр., ISBN 978-5-382-01365-7

Ссылки

  • Воздушная линза в воде, видео.
  • Гершун А. Л.Диоптрика // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890—1907.
  • Отрицательный показатель преломления.
  • Серафимов В. В.Рефракция // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890—1907.
  • RefractiveIndex.INFO база данных показателей преломления.

Что такое wiki2.info Вики является главным информационным ресурсом в интернете. Она открыта для любого пользователя. Вики это библиотека, которая является общественной и многоязычной.

Основа этой страницы находится в Википедии. Текст доступен по лицензии CC BY-SA 3.0 Unported License.

Wikipedia® — зарегистрированный товарный знак организации Wikimedia Foundation, Inc. wiki2.info является независимой компанией и не аффилирована с Фондом Викимедиа (Wikimedia Foundation).

Источник