Показатель преломления

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Показатель преломления
Размерность

безразмерная

Примечания

скаляр

Показа́тель преломле́ния (абсолютный показатель преломления) 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].

Описание[править | править вики-текст]

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 и диэлектрической проницаемости для интересующего диапазона частот — например, оптического, могут очень сильно отличаться от статических значений этих величин).

В поглощающих средах диэлектрическая проницаемость содержит мнимую компоненту , поэтому показатель преломления становится комплексным: . В области оптических частот, где , действительная часть показателя преломления описывает, собственно, преломление, а мнимая часть —- поглощение.

Падение и преломление лучей (волн) света

По закону преломления волн преломлённый луч содержится в одной плоскости с падающим лучом , каковой падает на поверхность раздела сред, и нормалью в точке падения , а отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скоростей распространения и волн в этих средах. Это отношение является постоянным для данных сред и называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Обозначая его как , получаем, что выполняется:

где и — фазовые скорости света в первой и второй средах соответственно.

Аналогично, для относительного показателя преломления первой среды относительно второй выполняется:

Очевидно, что и связаны соотношением:

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[править | править вики-текст]

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 1,4730
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[править | править вики-текст]

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]:

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Линза акустическая — статья из Физической энциклопедии
  2. 1 2 3 Бабичев А. П., Бабушкина Н. А., Братковский А. М. и др. Физические величины/ / Под ред. Григорьева И. С. и Мейлихова Е. З.. — 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 Today 57 (6).
  7. Дж. Пендри, Д. Смит. В поисках суперлинзы. Elementy.ru (2006). Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]

При написании этой статьи использовался материал из Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона (1890—1907).