гмою світло буде поширюватися вже як обмежений пучок.
Зменшуючи отвірдіафрагми, можна виділяти все більше і більше тонкі пучки. Здавалося б, цеповинно призвести до настільки тонкому пучку, що його можна вважати "окремимпроменем ". Однак досвід не підтверджує це припущення. При зменшеннідіаметра отвору промені втрачають прямолінійність і починають огинати його краю, ітим більше, чим менше стає отвір.
Явище огинання світловими(Звуковими і т. д.) хвилями зустрічаються на шляху перешкод називаєтьсядифракцією світла і обумовлено його хвильовою природою. З цієї причини не можнавиділити окремий промінь і в дійсності існують тільки пучки променів.
1.2 Показник заломленнясвітла (показник рефракції)
Якщо на шляху світловогопучка, що поширюється в прозорій однорідному середовищі (наприклад, в повітрі),зустрічається інша прозора однорідна середу (наприклад, скло), то намежі розділу середовищ пучок світла розділяється на два промені, з яких один проміньвходить у нове середовище, змінюючи свій напрям (заломлюється), а інший,відбиваючись від поверхні розділу і змінюючи свій напрям, продовжуєпоширюватися в першому середовищі. Промінь при поширенні в однорідних середовищах,змінюючи свою односпрямованість, зберігає прямолінійність поширення ідо, і після кордону розділу (рис.1).
Таким чином,заломлення і віддзеркалення не суперечать прямолінійності поширення світла воднорідних середовищах.
Рис. 1. Поведінкапроменя на поверхні розділу
Лінія ММ на рис. 1зображує поверхню (кордон) розділу між повітрям і склом. Падаючий проміньмонохроматичного світла (світла, умовно однієї довжини хвилі) складає знормаллю О Про ' до поверхні розділу середовищ кут АВО = О±. Цейкут називається кутом падіння променя. В іншому середовищі промінь складає з нормаллюкут заломлення Про ' НД = ОІ.
Якщо змінювати кутпадіння променя О±, то буде змінюватися і кут заломлення променя ОІ, але прицьому завжди буде зберігатися незмінним відношення синуса кута падіння променя досинусу кута заломлення:
(1)
Якщо замінювати скло наінші однорідні прозорі середовища (наприклад, воду, другий сорт скла), то вякому випадку n залишатиметься величиноюпостійною, але значення її будуть іншими. Причому, чим більше значення n, тим більше оптична щільністьдругого середовища.
Якщо промінь входить уяку однорідну прозору середу не з іншої прозорого середовища, а звакууму, то такий показник заломлення називається абсолютним показникомзаломлення середовища (N).
Оскільки значення n залежить від довжини хвилі світла(О›) і від температури, то її вимір проводять при монохроматичному світліі постійній температурі.
Закони заломлення світлаформулюються наступним чином:
-падаючий ізаломлений промені знаходяться в одній площині з нормаллю до поверхні розділу,але розташовані на протилежних сторонах від неї;
-відношення синусакута падіння променя до синуса кута заломлення для двох дотичних одноріднихсередовищ постійно і не залежить від кута падіння;
-падаючий ізаломлений промені взаємно оборотні, тобто, якщо промінь, входячи з одного середовища віншу, йде по напрямку АВС, то, виходячи з другого середовища в першу, він підеза напрямком СВА.
Очевидно, при переході збільш щільною середовища (скло, рис. 1) в менш щільну (повітря) промінь віддалиться віднормалі, а показник заломлення прийме зворотне співвідношення:
(2)
Показник заломленняяк постійна величина є характеристикою речовини (подібно температуріплавлення).
Світло як електромагнітнавипромінювання при проходженні через однорідну прозору середу, і взаємодіючи зїї частками (молекулами, атомами, іонами), змінює свою швидкість. Найбільшашвидкість поширення світла досягається у вакуумі (С 0 = 3.10 10 м/с). У повітрі швидкість світла (С в ) зменшується, і значення абсолютногопоказника заломлення повітря (N в )складає:
(3)
Відносний показникзаломлення певного середовища n з - це відношенняшвидкості світла в повітрі до швидкості світла в середовищі, що досліджується (С з ):
(4)
Таким чином, абсолютнийі відносний показники заломлення повітря зв'язані між собою співвідношенням:
(5)
Для рідких і твердих тіл n визначають, як правило, відносно повітря, а для газів- Щодо вакууму.
1.3 Дисперсія світла
У той час як для будь-якого монохроматичного променя кутипадіння дорівнюють кутам відображення, показник заломлення в одній і тій же середовищірізний для кожної довжини хвилі О». Тому, якщо на поверхню розділу середовищбуде падати не монохроматичний, а "білий" світ, то після заломленняокремі його складові будуть відхилятися по-різному і мати різні кутизаломлення при одному і тому ж куті падіння. Найбільше відхилення відбувається усамих короткохвильових (фіолетових) променів, а найменше - у самих довгохвильових(Червоних) променів, тобто "білий" світло, переходячи в більш щільнупрозору однорідну середу, розсіюється або диспергирует.
Причиною дисперсії світла є неоднакова швидкістьпоширення електромагнітного випромінювання різних довжин хвиль у прозорій однорідноїсередовищі. Мірою дисперсії світла служить різниця між значеннями показниказаломлення, виміряним при різних довжинах хвиль (наприклад, О”n FC ; табл.1).
Показник заломлення в залежності від умов йоговизначення доповнюється латинської букової n з підрядкові та надрядкові індекси (напрмер,,). Верхній індекс показуєтемпературу (в 0 С), а нижній індекс - лінії або довжину хвилі (в нм),при яких відбувалося вимір. Зазвичай n визначають при вказаних в табл. 1 довжинах хвиль.
Позначення показника заломлення від умов його визначення
Таблиця 1
Лінія спектра водню
Індекс лінії
О», нм
Позначення показника заломлення
жовта
D
589,3
n D
червона
C
656,3
n C
синя
F
486,1
n F
фіолетова
G
434,0
n G
У рефрактометрії часто використовується показник n в€ћ , значення якого визначаютьекстраполяцією залежності n = f (О») до нескінченно великих довжинхвиль. Така екстраполяція здійснюється звичайно за формулою Коші:
n = n в€ћ + b/О». (6)
Константи n в€ћ і b визначають, вимірявши n при різних О» (наприклад О» F і О» З - ліній спектраводню). У більшості випадків визначають не n в€ћ , а n D жовтої лінії спектра натрію (D-лінії).
На практиці використовуються три способи вираження дисперсіїсвітла.
1.Середнядисперсія:
О”n FC = (n F -n C ) в€™ 10 4 . (7)
2.Коефіцієнтдисперсії або число Аббе:
(8)
3.Питомадисперсія:
(9)
де ПЃ - густина речовини.
Середня дисперсія, n F - n C , приватні дисперсії і числоАббе служать найважливішими характеристиками оптичних матеріалів. Відноснадисперсія і споріднені їй функціїзастосовують для групової ідентифікації вуглеводнів та аналізу нафтових фракцій.
Оскільки показник заломлення змінюється зі зміноютемператури і довжини хвилі світла (який, безумовно, не повинен поглинатися речовиною),то перша умова має бути, строго кажучи, обумовлено, але насправдізміна величини R в залежності відтемпер...
