Преломление стекла – Сводная таблица: Коэффициенты преломления оптических стекол, жидкостей, воды, газов, кристаллов и кварца

Содержание

чему равен показатель преломления стекла?

ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, или КОЭФФИЦИЕНТ ПРЕЛОМЛЕНИЯ , -отвлеченное число, характеризующее преломляющую силу прозрачной среды. Показатель преломления обозначается латинской буквой π и определяется как отношение синуса угла падения к синусу угла преломления луча, входящего из пустоты в данную прозрачную среду:

n = sin α/sin β = const или как отношение скорости света в пустоте к скорости света в данной прозрачной среде: n = c/νλ из пустоты в данную прозрачную среду. Показатель преломления считается мерой оптической плотности среды

Определенный таким образом показатель преломления называется абсолютным показателем преломления, в отличие от относительного т. е. показывает, во сколько раз замедляется скорость распространения света при переходе его показателя преломления, который определяется отношением синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе луча из среды одной плотности в среду другой плотности. Относительный показатель преломления равен отношению абсолютных показателей преломления: n = n2/n1, где n1 и n2 - абсолютные показатели преломления первой и второй среды.

Абсолютный показатель преломления всех тел - твердых, жидких и газообразных - больше единицы и колеблется от 1 до 2, превосходя значение 2 только в редких случаях.

Показатель преломления зависит как от свойств среды, так и от длины волны света и увеличивается с уменьшением длины волны. Поэтому к букве п приписывают индекс, указывающий, к какой длине волны относится показатель. Например, для стеклаТФ-1 показатель преломления в красной части спектра составляет nC=1,64210, а в фиолетовой nG' =1,67298.

Показатели преломления некоторых прозрачных тел

Воздух - 1, 000292

Вода - 1,334

Эфир - 1, 358

Спирт этиловый - 1,363

Глицерин - 1, 473

Органическое стекло (плексиглас) - 1, 49

Бензол - 1,503

(Стекло крон - 1,5163

Пихтовый (канадский) , бальзам 1,54

Стекло тяжелый крон - 1, 61 26

Стекло флинт - 1,6164

Сероуглерод - 1,629

Стекло тяжелый флинт - 1, 64 75

Монобромнафталин - 1,66

Стекло самый тяжелый флинт - 1, 92

Алмаз - 2,42

Неодинаковость показателя преломления для разных участков спектра является причиной хроматизма, т, е. разложения белого света, при прохождении его через преломляющие детали - линзы, призмы и т. д.

otvet.mail.ru

Что собой представляет показатель преломления стекла и как его определить с помощью формулы?

 

Законы физики играют очень важную роль при проведении расчетов для планирования определенной стратегии производства какого-либо товара или при составлении проекта строительства сооружений различного назначения. Многие величины являются расчетными, так что перед стартом работ по планированию производятся измерения и вычисления. Например, показатель преломления стекла равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления.


Так что вначале идет процесс измерения углов, затем вычисляют их синус, а уже только потом можно получить искомое значение. Несмотря на наличие табличных данных, стоит каждый раз проводить дополнительные расчеты, так как в справочниках зачастую используются идеальные условия, которых добиться в реальной жизни практически невозможно. Поэтому на деле показатель обязательно будет отличаться от табличного, а в некоторых ситуациях это имеет принципиальное значение.

 

Абсолютный показатель

 

 


Опять-таки, если важен точный показатель, то без дополнительных измерений не обойтись. Но и они не дают стопроцентно достоверного результата, так как на итоговое значение будет влиять положение солнца на небосводе и облачность в день измерений. К счастью, в 99,99% случае достаточно просто знать, что показатель преломления такого материала, как стекло больше единицы и меньше двойки, а все остальные десятые и сотые доли не играют роли.


На форумах, которые занимаются помощью в решении задач по физике, часто мелькает вопрос, каков показатель преломления стекла и алмаза? Многие думают, что раз эти два вещества похожи внешне, то и свойства у них должны быть примерно одинаковыми. Но это заблуждение.

 


Максимальное преломление у стекла будет находиться на уровне около 1,7, в то время как у алмаза этот показатель достигает отметки 2,42. Данный драгоценный камень является одним из немногих материалов на Земле, чей уровень преломления превышает отметку 2. Это связано с его кристаллическим строением и большим уровнем разброса световых лучей. Огранка играет в изменениях табличного значения минимальную роль.

 

Относительный показатель

 

 

  • -    показатель преломления стекла относительно воды составляет примерно 1,18;
  • -    показатель преломления этго же материала относительно воздуха равен значению 1,5;
  • -    показатель преломления относительно спирта - 1,1.


Измерения показателя и вычисления относительного значения проводятся по известному алгоритму. Чтобы найти относительный параметр, нужно разделить одно табличное значение на другое. Или же произвести опытные расчеты для двух сред, а потом уже делить полученные данные. Такие операции часто проводятся на лабораторных занятиях по физике.

 

Определение показателя преломления

 

 

 

 

Вообще данный коэффициент показывает, во сколько раз замедляется скорость распространения световых лучей при прохождении через определенное препятствие. Поэтому он характерен только для прозрачных материалов. За эталонное значение, то бишь за единицу, взят показатель преломления газов. Это было сделано для того, чтобы можно было отталкиваться от какого-нибудь значения при расчетах.

 


Если солнечный луч падает на поверхность стекла с показателем преломления, который равен табличному значению, то изменить его можно несколькими способами:

  • 1.    Поклеить сверху пленку, у которой коэффициент преломления будет выше, чем у стекла. Этот принцип используется в тонировке окон автомобиля, чтобы улучшить комфорт пассажиров и позволить водителю более четко наблюдать за дорожной обстановкой. Также пленка будет сдерживать и ультрафиолетовое излучение.
  • 2.    Покрасить стекло краской. Так поступают производители дешевых солнцезащитных очков, но стоит учесть, что это может быть вредно для зрения. В хороших моделях стекла сразу производятся цветными по специальной технологии.
  • 3.    Погрузить стекло в какую-либо жидкость. Это полезно исключительно для опытов.


Если луч света переходит из стекла, то показатель преломления на следующем материале рассчитывается при помощи использования относительного коэффициента, который можно получить, сопоставив между собой табличные значения. Эти вычисления очень важны при проектировке оптических систем, которые несут практическую или экспериментальную нагрузку. Ошибки здесь недопустимы, потому что они приведут к неправильной работе всего прибора, и тогда любые полученные с его помощью данные будут бесполезны.


Чтобы определить скорость света в стекле с показателем преломления, нужно абсолютное значение скорости в вакууме разделить на величину преломления. Вакуум используется в качестве эталонной среды, потому что там не действует преломление из-за отсутствия каких-либо веществ, которые могли бы мешать беспрепятственному движению световых лучей по заданной траектории.

 

В любых расчетных показателях скорость будет меньше, чем в эталонной среде, так как коэффициент преломления всегда больше единицы.

promplace.ru

Что такое показатель преломления стекла? И когда его необходимо знать? :: SYL.ru

При решении задач по оптике часто требуется знать показатель преломления стекла, воды или другого вещества. Причем в разных ситуациях могут быть задействованы как абсолютные, так и относительные значения этой величины.

Два вида показателя преломления

Сначала о том, что это число показывает: как изменяет направление распространения света та или иная прозрачная среда. Причем электромагнитная волна может идти из вакуума, и тогда показатель преломления стекла или другого вещества будет называться абсолютным. В большинстве случаев его величина лежит в пределах от 1 до 2. Только в очень редких случаях показатель преломления оказывается больше двух.

Если же перед предметом находится более плотная, чем вакуум, среда, то говорят уже об относительном значении. И рассчитывается он как отношение двух абсолютных величин. Например, относительный показатель преломления вода-стекло будет равен частному абсолютных величин для стекла и воды.

В любом случае она обозначается латинской буквой «эн» - n. Эта величина получается путем деления друг на друга одноименных величин, поэтому является просто коэффициентом, у которого нет наименования.

По какой формуле можно сосчитать показатель преломления?

Если принять угол падения за «альфа», а угол преломления обозначить «бэта», то формула абсолютного значения коэффициента преломления выглядит так: n = sin α/sin β. В англоязычной литературе часто можно встретить другое обозначение. Когда угол падения оказывается i, а преломления — r.

Существует еще другая формула того, как можно вычислить показатель преломления света в стекле и прочих прозрачных средах. Она связана со скоростью света в вакууме и ею же, но уже в рассматриваемом веществе.

Тогда она выглядит так: n = c/νλ. Здесь с — скорость света в вакууме, ν — его скорость в прозрачной среде, а λ — длина волны.

От чего зависит показатель преломления?

Он определяется той скоростью, с которой свет распространяется в рассматриваемой среде. Воздух в этом отношении очень близок к вакууму, поэтому световые волны в нем распространяются практически не отклоняются от своего первоначального направления. Поэтому, если определяется показатель преломления стекло-воздух или какое-либо другое вещество, граничащее с воздухом, то последний условно принимается за вакуум.

Любая другая среда имеет свои собственные характеристики. У них разные плотности, они имеют собственную температуру, а также упругие напряжения. Все это сказывается на результате преломления света веществом.

Не последнюю роль в изменении направления распространения волн играют характеристики света. Белый свет состоит из множества цветов, от красного до фиолетового. Каждая из частей спектра преломляется по-своему. Причем значение показателя для волны красной части спектра всегда будет меньше, чем у остальных. К примеру, показатель преломления стекла марки ТФ-1 изменяется от 1,6421 до 1,67298 соответственно от красной до фиолетовой части спектра.

Примеры значений для разных веществ

Здесь приведены значения абсолютных величин, то есть коэффициент преломления при прохождении луча из вакуума (что приравнивается к воздуху) через другое вещество.

Вещество

Показатель преломления (желтая часть спектра)

вода

1,33

алмаз

2,41

рубин

1,76

лед

1,31

сахар

1,56

кедровое масло

1,52

кварц

1,54

Эти цифры потребуются, если нужно будет определить показатель преломления стекла относительно других сред.

Какие еще величины используются при решении задач?

Полное отражение. Оно наблюдается при переходе света из более плотной среды в менее плотную. Здесь при определенном значении угла падения преломление происходит под прямым углом. То есть луч скользит вдоль границы двух сред.

Предельный угол полного отражения — это его минимальное значение, при котором свет не выходит в менее плотную среду. Меньше него — происходит преломление, а больше — отражение в ту же среду, из которой свет перемещался.

Задача № 1

Условие. Показатель преломления стекла имеет значение 1,52. Необходимо определить предельный угол, на который полностью отражается свет от раздела поверхностей: стекла с воздухом, воды с воздухом, стекла с водой.

Решение.

Потребуется воспользоваться данными показателем преломления для воды, данным в таблице. Он же для воздуха принимается равным единице.

Решение во всех трех случаях сводится к расчетам по формуле:

sin α0/sin β = n1 /n2, где n2 относится к той среде, из которой распространяется свет, а n1 куда проникает.

Буквой α0 обозначен предельный угол. Значение угла β равно 90 градусам. То есть его синус будет единицей.

Для первого случая: sin α0 = 1 /n стекла, тогда предельный угол оказывается равным арксинусу от 1 /n стекла. 1/1,52 = 0,6579. Угол равен 41,14º.

Во втором случае при определении арксинуса нужно подставить значение показателя преломления воды. Дробь 1 /n воды примет значение1/1,33 = 0, 7519. Это арксинус угла 48,75º.

Третий случай описывается отношением n воды и n стекла. Арксинус потребуется вычислить для дроби: 1,33/1,52, то есть числа 0,875. Находим значение предельного угла по его арксинусу: 61,05º.

Ответ: 41,14º, 48,75º, 61,05º.

Задача № 2

Условие. В сосуд с водой погружена стеклянная призма. Ее показатель преломления равен 1,5. В основе призмы лежит прямоугольный треугольник. Больший катет расположен перпендикулярно дну, а второй — ему параллелен. Луч света падает нормально на верхнюю грань призмы. Каким должен быть наименьший угол между горизонтально расположенным катетом и гипотенузой, чтобы свет достиг катета, расположенного перпендикулярно к дну сосуда, и вышел из призмы?

Решение.

Для того, чтобы луч вышел из призмы описанным образом, ему необходимо упасть под предельным углом на внутреннюю грань (ту, которая в сечении призмы является гипотенузой треугольника). Этот предельный угол оказывается по построению равным искомому углу прямоугольного треугольника. Из закона преломления света получается, что синус предельного угла, деленный на синус 90 градусов, равен отношению двух показателей преломления: воды к стеклу.

Расчеты приводят к такому значению для предельного угла: 62º30´.

Ответ: 62º30´.

www.syl.ru

чему равен показатель преломления стекла?

ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, или КОЭФФИЦИЕНТ ПРЕЛОМЛЕНИЯ , -отвлеченное число, характеризующее преломляющую силу прозрачной среды. Показатель преломления обозначается латинской буквой #960; и определяется как отношение синуса угла падения к синусу угла преломления луча, входящего из пустоты в данную прозрачную среду:

n = sin #945;/sin #946; = const или как отношение скорости света в пустоте к скорости света в данной прозрачной среде: n = c/#957;#955; из пустоты в данную прозрачную среду. Показатель преломления считается мерой оптической плотности среды

Определенный таким образом показатель преломления называется абсолютным показателем преломления, в отличие от относительного т. е. показывает, во сколько раз замедляется скорость распространения света при переходе его показателя преломления, который определяется отношением синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе луча из среды одной плотности в среду другой плотности. Относительный показатель преломления равен отношению абсолютных показателей преломления: n = n2/n1, где n1 и n2 - абсолютные показатели преломления первой и второй среды.

Абсолютный показатель преломления всех тел - твердых, жидких и газообразных - больше единицы и колеблется от 1 до 2, превосходя значение 2 только в редких случаях.

Показатель преломления зависит как от свойств среды, так и от длины волны света и увеличивается с уменьшением длины волны. Поэтому к букве п приписывают индекс, указывающий, к какой длине волны относится показатель. Например, для стеклаТФ-1 показатель преломления в красной части спектра составляет nC=1,64210, а в фиолетовой nG =1,67298.

Показатели преломления некоторых прозрачных тел

Воздух - 1, 000292

Вода - 1,334

Эфир - 1, 358

Спирт этиловый - 1,363

Глицерин - 1, 473

Органическое стекло (плексиглас) - 1, 49

Бензол - 1,503

(Стекло крон - 1,5163

Пихтовый (канадский) , бальзам 1,54

Стекло тяжелый крон - 1, 61 26

Стекло флинт - 1,6164

Сероуглерод - 1,629

Стекло тяжелый флинт - 1, 64 75

Монобромнафталин - 1,66

Стекло самый тяжелый флинт - 1, 92

Алмаз - 2,42

Неодинаковость показателя преломления для разных участков спектра является причиной хроматизма, т, е. разложения белого света, при прохождении его через преломляющие детали - линзы, призмы и т. д.

info-4all.ru

Явление преломления света. Измерения показателя преломления стекла

Показатель преломления - это важная величина, которую учитывают при производстве таких оптических приборов, как микроскопы, рефракторные телескопы, очки, линзы для глаз и т. д. В данной статье рассмотрен вопрос измерения показателя преломления стекла.

Что такое преломление света?

Перед тем как рассматривать особенности экспериментального измерения показателя преломления стекла, следует познакомиться с самим явлением преломления. Его суть заключается в изломе траектории светового луча, когда он переходит через границу прозрачных сред разной природы, например, воздух и вода. Стоит отметить, что обе среды обязательно должны быть прозрачными для света. В противном случае, преломление наблюдаться не будет (будут происходить лишь процессы отражения и поглощения световой энергии).

Математика явления преломления

Преломление вместе с отражением света изучается человечеством с давних времен, достаточно вспомнить имена Птолемея, Герона Александрийского и Аристотеля. Математический закон, описывающий это явление, называется законом Снелла.

В начале XVII века голландский математик по фамилии Снелл (Снеллиус) первым получил соответствующее математическое выражение, обобщая множество экспериментальных данных. Стоит отметить, что аналогичное выражение было получено также арабским математиком Ибн Сахлем в X веке, но о его работах после темного Средневековья никто не вспомнил на заре Нового времени.

Если обозначить угол между перпендикуляром к поверхности раздела сред и падающим узким лучом света символом θ1 (тета один), а между тем же перпендикуляром и преломленным лучом - символом θ2, тогда можно записать равенство:

n1*sin(θ1) = n2*sin(θ2).

Это выражение и есть вышеупомянутый закон Снелла. К нему часто добавляют еще один закон преломления, утверждающий, что в плоскости, образованной падающим и преломленным лучами, также лежит перпендикуляр к поверхности раздела сред. Величины n1 и n2 называются показателями преломления 1-й и 2-й среды.

Абсолютный показатель преломления

Эта физическая величина показывает, как сильно происходит замедление света (электромагнитной волны), когда он из вакуума попадает в материальную среду. Математически это определение можно записать так:

n = c/v.

Здесь c - скорость распространения света в вакууме, v - в материале. Так как величина c всегда больше, чем v, то показатель n для любой среды больше единицы. Оптическая плотность среды коррелирует с величиной n. Например, для воздуха n равен 1, для воды - 1,33, то есть вода — оптически более плотная среда.

Показатель преломления определяется не только природой материала, но также частотой электромагнитной волны: чем она больше, тем больше n. Эта зависимость в физике известна под названием "дисперсия". Голубое небо - яркий пример явления дисперсии солнечного света.

Показатель преломления стекла и его измерение

Стекло - это твердый прозрачный материал, имеющий аморфную структуру. Промышленное производство стекла осуществляется в виде ряда сортов. Каждый из них имеет свой показатель преломления, который колеблется от 1,5 до 1,9.

Определение этой величины для стекла легко осуществить в лабораторных условиях. Для этого необходимо иметь лампу, собирающее оптическое стекло, набор диафрагм, диск с делениями до долей градуса и образец исследуемого стекла в форме полуцилиндра.

Эксперимент выполняется в следующей последовательности:

  1. Лампа устанавливается в фокусе собирающей линзы. Затем ее включают и при помощи диафрагм добиваются узкого светового пучка.
  2. Диск с делениями располагают горизонтально за линзой так, чтобы луч света проходил над его поверхностью через центр.
  3. Кладут стеклянный полуцилиндр на диск таким образом, чтобы его плоская боковая поверхность совпадала с диаметром диска.
  4. Поворачивают диск на различные углы и измеряют углы падения и преломления луча.
  5. Обрабатывают измеренные результаты, используя формулу Снелла, и полагая, что показатель преломления света в воздухе равен единице.

Ниже на рисунке приведены два различных случая положения полуцилиндра на диске относительно падающего луча.

Левый рисунок соответствует преломлению "воздух-стекло", правый - "стекло-воздух". Стоит отметить, что при пересечении границы двух сред через цилиндрическую поверхность преломления не происходит, поскольку луч света падает перпендикулярно на нее (вдоль радиуса).

Измерение показателя преломления стекла с помощью лазера

Этот эксперимент провести сложнее, чем предыдущий. Для него необходимо использовать лазер с известной длиной волны, маленькое отверстие, через которое будет проходить лазерный луч, стеклянную пластинку и экран. Поскольку разброс длин волн, излучаемых лазером, не велик, то явление дисперсии не оказывает влияние на результаты измерений. В этом заключается преимущество этого метода по сравнению с предыдущим.

Принцип действия лазерного метода заключается в явлениях дифракции, полного внутреннего отражения света от границы пластинки и интерференции волн на экране. Из анализа дифракционной картины можно вычислить показатель преломления стекла.

Поскольку толщина полуцилиндра в предыдущем методе измерения является небольшой, то дисперсией света в нем можно пренебречь. Это значит, что справедлив следующий вывод: измерение показателя преломления стекла лучше проводить при помощи более простого способа с лампой белого света, чем с использованием лазера.

fb.ru

5_Показатель преломл стекла

для не физических специальностей

Лабораторная работа № 4

Определение показателя преломления стекла.

Цель работы: 1.определить показатель преломления стекла с помощью микроскопа;

2. с помощью пластинки с параллельными гранями.

Оборудование: 1. Микроскоп БИОЛАМ

2. Стеклянная пластина с царапинами на обеих поверхностях.

3. Микрометр

4. Стеклянная пластинка с параллельными гранями.

5. Подставка из пенопласта.

6. Булавки – 4 штуки.

7. Прямоугольник.

8. 3 листа бумаги.

Теория.

Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падающий луч 1 (рис.1.) разделяется на два – отраженный 2 и преломленный 3, направления которых задаются законами отражения и преломления.

Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред:

, (1)

где - относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления.

Абсолютным показателем преломления среды называется величина , равная отношению скорости электромагнитных волн в вакуумек их фазовой скоростив среде:

. (2)

Закон преломления (1) можно записать в виде:

. (3)

Из симметрии выражения (3) вытекает обратимость световых лучей. Если обратить луч 3 (рис.1.), заставив его падать на границу раздела под углом , то преломленный луч в первой среде будет распространятся под углом, т.е. пойдет в обратном направлении вдоль луча 1.

Показатель преломления зависит от свойств среды и длины волны света.

Показатель преломления является важнейшей характеристикой вещества, связанной с его химической структурой, с концентрацией и плотностью (в случае исследования жидких растворов).

Существуют различные методы определения показателя преломления.

В данной работе используются два метода:

  1. Определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа,

  2. Определение показателя преломления стекла с помощью плоско-параллельной пластинки и булавок.

I. Метод

Для определения показателя преломления стекла с помощью микроскопа берут плоско параллельную пластинку с нанесенными на ее обеих плоскостях неглубокими царапинами.

Рис.3.

Для того, чтобы легко было распознать, нанесена ли наблюдаемая в микроскопе царапина на верхней или нижней поверхности, удобно на одной поверхности провести царапину вдоль пластинки, а на другой - поперек.

Рассмотрим ход лучей 1 и 2, вышедших из точки О, лежащей на нижней царапине. Луч 1 идет по направлению ОА, совпадающему с направлением нормали к поверхности пластинки. Луч 2 идет по направлению ОВ и падает на верхнюю поверхность под достаточно малым углом β , когда синусы можно заменить тангенсами. Преломившись в точке В, пойдет по направлению ВЕ (рис.3.).

Наблюдатель находящийся над пластинкой увидит уже точку О на пересечении двух лучей первого и продолженного преломленного луча ВЕ в точке О1. В этой же точке О1 также пересекутся после преломления продолжения всех лучей, которые выходят из точки О по направлениям образующим малые углы с нормалью. Наблюдателю будет казаться, что все эти лучи выходят не из точки О, а из ее мнимого изображения О1. Поэтому, если наблюдатель настроил микроскоп на верхнюю царапину (точка А), то, чтобы увидеть точку О, ему потребуется опустить тубус микроскопа не на расстояние ОА, равное d – толщине пластинки, а на меньшее расстояние АО1 равное d1  кажущейся толщине пластинки.

Так как в объектив микроскопа попадает очень узкий пучок лучей, то углы ималы и синусы этих углов могут быть заменены их тангенсами.

Из чертежа видно, что

(4)

Но так как АВ = ОС ; АО1= d1, ВС = d , то из формулы (4) получаем

(5)

где d – толщина стеклянной пластинки.

d1 – кажущаяся толщина пластинки.

Следовательно, для определения показателя преломления нужно истинную толщину пластинки разделить на ее кажущуюся толщину. Истинная толщина пластинки d измеряется микрометром. Кажущаяся толщина пластинки равна d1разности отчетов положений тубуса при наводке микроскопа на верхнюю и нижнюю царапины.

I. Определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа.

  1. Измерьте микрометром толщину пластинки 3 раза в различных местах. Из полученных результатов найдите среднее значение.

  2. Положите пластинку на предметный столик так, чтобы пересечение царапин оказалось в центре поля зрения микроскопа.

  3. Микрометрический винт поверните по часовой стрелке до упора. Затем поверните микрометрический винт против часовой стрелки до совмещения первого нулевого деления шкалы микрометра с началом отсчета.

  4. Наведите микроскоп на четкую видимость нижней царапины, перемещая тубус вверх или вниз с помощью винта тубуса. Наводку повторите несколько раз.

  5. Вращайте микрометрический винт против часовой стрелки до четкого видения верхней царапины. Для подсчета числа маленьких делений начинайте поворачивать микрометрический винт по часовой стрелке до первого нулевого деления, считая число маленьких делений – к (цена одного деления Z = 0,002 мм). Затем, вращая микрометрический винт обратно (по часовой стрелке) до упора, отсчитайте число полных оборотов "m". Полный оборот винта (или шаг винта) S=0,1 мм (50 дел. на винте  0,002мм = 0,1мм). Тогда кажущуюся толщину пластинки можно вычислить по формуле:

d1 = m S + k Z (6)

Подставляя значение d и d1в формулу (5), определите показатель преломления стеклянной пластинки.

Измерения проделайте 3 раза и результаты внесите в таблицу 1.

Таблица 1.

N

п/п

d

(мм)

K

m

d1

(мм)

n

n

1

2

3

ср.

Метод II. Определение показателя преломления стекла с помощью плоско-параллельной пластинки и булавок.

  1. Чистый лист бумаги положите на пластинку из пенопласта. Посредине листа положите стеклянную пластинку и за ней вколите вертикально одну булавку (А), как показано на рисунке на рис.4.

2. Расположите глаз на уровне листа бумаги и поворачивайте стеклянную пластинку до тех пор, пока нижняя часть булавки, наблюдаемая сквозь толщину стекла, не будет значительно смещена относительно верхней.

  1. Вколите вторую булавку (В) с той же стороны, где находится булавка (А), а две оставшиеся булавки (С и D) вколите по другую сторону пластинки так, чтобы основания всех четырех булавок казались расположенными на одной прямой.

  2. Очертите контуры пластинки, выньте булавки и отметьте места проколов буквами А, В, С, D. Затем снимите пластинку с бумаги.

  3. Используя прямоугольник произведите на листе бумаги следующие построения:

а) Проведите прямые ВК; DК1; и К1К.

б) Продолжите прямую К1К до края листа бумаги.

в) Проведите через точку К прямую МР, перпендикулярную граням пластинки.

г) Отложите на этом перпендикуляре произвольные равные отрезки от точки К т.е. КМ=КР.

д) Из точек М и Р опустите перпендикуляры: МN на прямую КВ и РQ на прямую К1Е.

  1. Из рис.3 видно, что угол , есть угол падения луча АВ на стеклянную грань, угол- есть угол преломления в стекле.

Запишем закон преломления для верхней границы раздела.

(7)

Из треугольника МNK

(8)

Из треугольника QPK

, (9)

По условию построения МК=КР, следовательно

(10)

7. Измерьте миллиметровой линейкой (угольником) отрезки МN и РQ и по формуле (10) определите показатель преломления стекла данной пластинки.

8.Эксперимент проведите не менее 3-х раз, на разных листах бумаги изменяя углы падения.

Результаты измерений и расчетов внесите в таблицу 2.

Таблица 2.

№ п/п

МN

мм

PQ

мм

n

Δn

*100%

1

2

3

cр.

  1. В отчете выведите формулу (10).

  2. Начертите ход лучей в микроскопе.

Контрольные вопросы:

  1. Сформулируйте основной закон геометрической оптики.

  2. Физический смысл абсолютного и относительного показателя преломления.

  3. Знать выводы формул (5) и (10).

Литература:

  1. Т.И. Трофимова. Курс общей физики. М. «Высшая школа» 1998

  2. Гершензон Е.М. и др. Курс общей физики. М. «Просвещение», 1981

  3. Королев Ф.А. Курс физики. Оптика. Физика атома и атомного ядра. М. Учпедгиз, 1977

  4. Инструкция к микроскопу БИОЛАМ.

studfiles.net

Оптические свойства стекол | Стеклодувные работы

Оптические свойства стекол связаны с характерными особенностями взаимодействия световых лучей со стеклом. Именно оптические свойства определяют красоту и своеобразие декоративной обработки стеклоизделий.

Преломление и дисперсия характеризуют закономерности распространения света в веществе в зависимости от его строения. Преломление света — это изменение направления распространения света при его переходе из одной среды в другую, отличающуюся от первой значением скорости распространения.

На рис. 6 представлен путь луча при прохождении его через плоскопараллельную стеклянную пластину. Падающий луч образует углы с нормалью к поверхности раздела сред в точке падения. Если луч идет из воздуха в стекло, то i — угол падения, r — угол преломления (на рисунке i>r, потому что в воздухе скорость распространения световых волн больше, чем в стекле, в данном случае воздух является средой оптически менее плотной, чем стекло).

Преломление света характеризуется относительным показателем преломления — отношением скорости света в среде, из которой свет падает на границу раздела, к скорости света во второй среде. Показатель преломления определяется из соотношения n=sin i/sin r . Относительный показатель преломления не имеет размерности, и для прозрачных сред воздух — стекло всегда больше единицы. Например, относительные показатели преломления (по отношению к воздуху): воды— 1,33, хрустального стекла — 1,6, алмаза — 2,47.


Рис. 6. Схема прохождения луча через плоскопараллельную стеклянную пластину


Рис. 7. Призматический (дисперсионный) спектр а — разложение луча света призмой; б- диапазоны цветов видимей части

Дисперсия света — это зависимость показателя преломления от частоты света (длины волны). Для нормальной дисперсии характерно возрастание показателя преломления с увеличением частоты или с уменьшением длины волны.

Вследствие дисперсии пучок света, проходящий сквозь призму из стекла, образует на экране, установленном за призмой, радужную полосу — призматический (дисперсионный) спектр (рис. 7,а). В спектре цвета расположены в определенной последовательности, начиная от фиолетового и кончая красным (рис. 7,6).

Причиной разложения света (дисперсии) является зависимость показателя преломления от частоты света (длины волны): чем выше частота света (короче длина волны), тем выше показатель преломления. В призматическом спектре наибольшей частотой и наименьшей длиной волны обладают фиолетовые лучи, а наименьшей частотой и наибольшей длиной волны — красные лучи, следовательно, фиолетовые лучи преломляются больше, чем красные.

Показатель преломления и дисперсия зависят от состава стекла, а показатель преломления — и от плотности. Чем выше плотность, тем выше показатель преломления. Оксиды CaO, Sb2O3, PbO, BaO, ZnO и щелочные повышают показатель преломления, добавка SiO2 — снижает. Дисперсия возрастает при введении Sb2O3 и PbO. СаО и ВаО сильнее влияют на показатель преломления, чем на Дисперсию. Для производства высокохудожественных изделий, сортовой посуды, подвергающихся шлифованию, используют в основном стекла, содержащие до 30 % PbO, так как PbO значительно увеличивает показатель преломления и дисперсию.

Отражение света — явление, наблюдаемое при падении света на поверхность раздела двух оптически разнородных сред и состоящее в образовании отраженной волны, распространяющейся от поверхности раздела в ту же среду, из которой приходит падающая волна. Отражение характеризуется коэффициентом отражения, который равен отношению отраженного светового потока к падающему.

От поверхности стекла отражается около 4 % света. Эффект отражения усиливается при наличии многочисленных полированных поверхностей (алмазная резьба, гранение).

Если неровности поверхности раздела малы по сравнению с длиной волны падающего света, то происходит зеркальное отражение, если неровности больше длины волны — диффузное отражение, при котором свет рассеивается поверхностью по всевозможным направлениям. Отражение называется селективным, если коэффициент отражения неодинаков для света с различной длиной волны. Селективным отражением объясняется окраска непрозрачных тел.

Рассеяние света — явление, наблюдаемое при распространении световых волн в среде с беспорядочно распределенными неоднородностями и состоящее в образовании вторичных волн, которые распространяются по всевозможным направлениям.

В обычном прозрачном стекле рассеяния света практически не происходит. Если поверхность стекла неровная (матовое стекло) или в толще стекла равномерно распределены неоднородности (кристаллы, включения), то световые волны не могут пройти через стекло без рассеяния и поэтому такое стекло непрозрачно.

Пропускание и поглощение света объясняется следующим. При прохождении пучка света интенсивностью I0 через прозрачную среду (вещество) интенсивность первоначального потока ослабляется и выходящий из среды пучок света будет иметь интенсивность I< I0. Ослабление светового потока связано частично с явлениями отражения и рассеяния света, что главным образом происходит за счет поглощения световой энергии, обусловленного взаимодействием света с частицами среды.

Поглощение снижает общую светопрозрачность стекла, которая для бесцветного натрий-кальций-силикатного стекла составляет примерно 93%. Поглощение света различно для различных длин волн, поэтому окрашенные стекла имеют разный цвет. Цвет стекла (табл. 2), который воспринимается глазом, обусловлен цветом той части падающего пучка света, которая прошла через стекло непоглощенной.

Показатели пропускания (поглощения) в видимой области спектра важны для оценки цвета сортовых, сигнальных и других окрашенных стекол, в инфракрасной области — для технологических процессов варки стекла и формования изделий (теплопрозрачность стекол), в ультрафиолетовой — для эксплуатационных свойств стекол (изделия из увиолевого стекла должны пропускать ультрафиолетовые лучи, а тарные — задерживать).

Таблица 2. Цвет стекла в зависимости от поглощаемой части спектра
Поглощаемая часть спектра Цвет стекла
Длина волны, нм Цвет
400...450
450...480
480...490
490...500
500...560
560...575
575...590
590...625
625...750
Фиолетовый
Синий
Зелено-синий
Сине-зеленый
Зеленый
Желто-зеленый
Желтый
Оранжевый
Красный
Желто-зеленый
Желтый
Оранжевый
Красный
Пурпурный
Фиолетовый
Синий
Зелено-синий
Голубой

Двойное лучепреломление — раздвоение луча света при прохождении через оптически анизотропную среду, т. е. среду с различными свойствами по разным направлениям (например, большинство кристаллов). Это явление происходит потому, что показатель преломления зависит от направления электрического вектора световой волны. Луч света, входящий в кристалл, разлагается на два луча — обыкновенный и необыкновенный. Скорости распространения этих лучей различны. Двойное лучепреломление измеряется разностью хода лучей, нм/см.

При неравномерном охлаждении или нагревании стекла в нем возникают внутренние напряжения, вызывающие двойное лучепреломление, т. е. стекло уподобляется двупреломляющему кристаллу, например кварца, слюды, гипса. Это явление используется для контроля качества термической обработки стекла, главным образом отжига и закалки.

www.stroitelstvo-new.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о