Nr ćwiczenia: 9	Temat ćwiczenia: Współczynnik załamania ciał stałych			Ocena z teorii:
Nr zespołu: 3	Nazwisko i imię: Falandys Paulina			Ocena zaliczenia ćwiczenia:
Data: 15.04.2008	Wydział	Rok	Grupa	Uwagi
		EAIiE	1		5

Wprowadzenie teoretyczne:

Współczynnik załamania: gdy wiązka światła przechodzi przez dwa ośrodki o różnych własnościach optycznych, to na powierzchni granicznej częściowo zostaje odbita a częściowo przechodzi do drugiego środowiska, ulegając załamaniu (refrakcji).

Bezwzględny współczynnik załamania światła dany jest wzorem :

v - prędkość światła w danym ośrodku

c - prędkość światła w próżni (c = 299 792 458 m/s)

n - bezwzględny współczynnik załamania

Ponadto współczynnik n możemy wyrazić jako stosunek prędkości fali światła w każdym z ośrodków:

Jest to względny współczynnik załamania światła, gdzie:

n₂ - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 2 (do którego przechodzi światło)

n₁₂ - współczynnik załamania (względny) ośrodka 2 względem ośrodka 1

Względny współczynnik załamania decyduje o tym jak bardzo światło ma tendencję do skręcania swego kierunku podczas przechodzenia do innego ośrodka. Inaczej mówiąc -  przy dużym względnym współczynniku załamania światło będzie się silniej załamywać.

Wskutek załamania światła odległości przedmiotów umieszczonych w środowisku optycznie gęstszym obserwowane z powietrza wydają się mniejsze.

Szyba sprawia wrażenie cieńszej, niż jest w rzeczywistości, przedmioty w wodzie wydają się bliższe powierzchni itd. Zjawisko to można prześledzić analizując bieg promienia w płytce płaskorównoległej. Promień OA prostopadły do powierzchni granicznej wychodzi bez załamania, natomiast OB tworzy z normalną wewnątrz

szkła kąt beta, a w powietrzu kąt alfa, większy od beta

wskutek załamania. Obserwowane promienie wychodzące z płytki

są rozbieżne, ich przedłużenia przecinają się w punkcie O1­ tworząc obraz pozorny. Odległość O1A równa h stanowi pozorną grubość płytki, podczas, gdy AO = d jest grubością rzeczywistą.

Ponieważ a dla małych kątów widać z rysunku, że

Zasada Huygensa mówi, ze każdy punkt ośrodka, do którego dotrze fala, staje się źródłem nowej fali kulistej. Te "miniaturowe" fale kuliste nakładają się na siebie. W rezultacie powstaje nowe czoło fali, które stanowić będzie powierzchnia styczna do czół tych fali kulistych. Jeśli fala nie natrafi na żadną przeszkodę, kolejne powstające w opisany sposób powierzchnie falowe mają ten sam kształt (tzn. jeśli była to np. fala płaska, kolejna powierzchnia falowa będzie nadal płaszczyzną). Jeśli fala natrafi na przeszkodę, "falki" kuliste powstałe w miejscu przeszkody nie mogą się swobodnie rozprzestrzeniać i kształt powierzchni falowej powstałej fali będzie inny. Zmieni się też jej kierunek rozchodzenia. Teoria ta wyjaśnia, dlaczego np. fala płaska padając na przeszkodę z pojedynczą, wąską szczeliną nie rozchodzi się już w jednym tylko kierunku, lecz rozchodzi się we wszystkich kierunkach, tak jak fala kulista.

Prawo odbicia i załamania światła opisuje prawo Snelliusa, które zostało sformułowane w trzech punktach:

1.Kąt padania światła na granicę dwóch ośrodków o różnej gęstości jest równy kątowi odbicia.

2.Promień padający, odbity, załamany oraz normalna (prosta prostopadła do granicy ośrodków przechodząca przez punkt w którym krzyżują się promienie) leżą w jednej płaszczyźnie.

3.Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest dla danych dwóch ośrodków wielkością stałą, nazywaną współczynnikiem załamania tych ośrodków.

gdzie
jest kątem padania,
jest kątem załamania

Gdy światło przepuścimy z ośrodka gęstego do rzadszego, to kąt padania beta będzie mniejszy od kąta załamania alfa.

Możemy znaleźć taki kąt, nazywany kątem granicznym, przy którym kąt załamania będzie wynosił 90^o.

Po przekroczeniu kąta granicznego nie wystąpi promień załamany, zajdzie całkowite wewnętrzne odbicie.Zjawisko to zostało wykorzystane w światłowodach.

Całkowite wewnętrzne odbicie: jest to zjawisko w którym nie zachodzi załamanie fali na powierzchni łamiącej. Zachodzi ono, gdy kąt padający jest większy od kąta granicznego Θg, danego wzorem:

Dyspersja jest to zależność współczynnika załamania n ośrodka (np. szkła) od długości fali. W efekcie światło o różnych długościach załamane np. na pryzmacie załamuje się pod różnymi kątami, co daje rozdzielenie światła białego na barwy tęczy. Mówimy również o dyspersji czyli rozszczepieniu światła. W ogólniejszym znaczeniu dyspersja fali oznacza zależność prędkości fazowej fali od jej długości. Wraz ze wzrostem częstotliwości fali maleje jej prędkość, a rośnie współczynnik załamania. W ośr. przezroczystych występuje na ogół dyspersja normalna (światło czerwone jest załamywane słabiej niż fioletowe), dyspersja anomalna jest obserwowana dla fal o długości bliskiej wartości, dla której występuje silna absorpcja światła. Dyspersja światła powodując rozszczepienie światła umożliwia badanie widm optycznych za pomocą pryzmatu i wywołuje aberrację chromatyczną w układach optycznych. Innymi słowy: dyspersja jest to zjawisko zależności prędkości fali świetlnej od współczynnika załamania tego ośrodka oraz od częstotliwości drgań przechodzącej fali. Wraz ze wzrostem częstotliwości fali maleje jej prędkość, a rośnie współczynnik załamania. Dyspersja normalna: wraz ze wzrostem częstości rośnie współczynnik załamania. Dyspersja anomalna: wraz ze wzrostem częstości maleje współczynnik załamania.

Bieg promieni świetlnych w mikroskopie: obiektyw daje obrazy rzeczywiste, powiększone i odwrócone, natomiast okular spełnia rolę lupy, dając obrazy pozorne, powiększone i proste. W całym mikroskopie obraz jest pozorny, powiększony i odwrócony. Przedmiot P oglądany przez mikroskop ustawia się przed obiektywem w odległości x niewiele większej od ogniskowej f1 tej soczewki, tak że można w przybliżeniu przyjąć, że . Mikroskop jest tak skonstruowany, że obraz wytworzony przez obiektyw powstaje w odległości
od okularu - mniejszej, lecz niewiele różnej od ogniskowej f2 tej soczewki. Natomiast obraz wytworzony przez okular powstaje w odległości
najlepszego widzenia oka, znajdującego się tuż za okularem.

W mikroskopie światło - po przejściu przez pryzmat załamywane jest przez soczewkę obiektywu i trafia do oka obserwatora. Soczewka sprawia, że przedmiot wydaje się większy niż w rzeczywistości. Mikroskop tzw. złożony ma nie jedną, lecz dwie soczewki. Obiektyw wytwarza powiększony obraz przedmiotu, a okular powiększa ten obraz jeszcze bardziej.

Mikroskop optyczny, przyrząd optyczny służący do uzyskiwania silnie powiększonych obrazów małych przedmiotów. Zasadniczo zbudowany jest z tubusu zawierającego na swoich końcach okular i obiektyw (oba działające jak soczewki skupiające). Ponadto mikroskop optyczny posiada układ oświetlenia preparatu (kondensor) i stolik preparatowy (czasami wyposażony w mikromanipulator).
Obiektyw mikroskopu optycznego daje rzeczywisty, odwrócony i powiększony obraz przedmiotu, okular pełni rolę lupy, przez którą ogląda się obraz dawany przez obiektyw. Obraz oglądany w okularze jest obrazem pozornym i silnie powiększonym, powiększenie kątowe mikroskopu optycznego wyraża się wzorem: w=(xD)/(fF), gdzie x - długość rury tubusa, D - odległość dobrego widzenia (250 mm), f i F odpowiednio: ogniskowa obiektywu i okularu. Przy znanych oddzielnie powiększeniach okularu i obiektywu powiększenie mikroskopu optycznego jest iloczynem tych powiększeń. W praktyce stosuje się powiększenia od kilkudziesięcio- do ponad tysiąckrotnych.
Najlepsze mikroskopy optyczne pozwalają dostrzegać szczegóły przedmiotu o rozmiarach kilkuset nm. Dalszy wzrost zdolności rozdzielczej jest ograniczony długością fali światła, pewne poprawienie zdolności rozdzielczej można uzyskać konstruując mikroskop optyczny do obserwacji w nadfiolecie (tzw. mikroskopy ultrafioletowe). Jasność obrazu mikroskopu optycznego jest proporcjonalna do rozwartości kąta wiązki wchodzącej do obiektywu (tzw. apertura wejściowa mikroskopu optycznego, imersyjny obiektyw mikroskopu).W konstrukcji obiektywu pożądane jest też uzyskanie jak najmniejszej ogniskowej, oba te czynniki powodują, że bieg promieni daleki jest od biegu promieni przyosiowych, stąd poważnym problemem przy wykonywaniu obiektywów mikroskopowych jest usunięcie powstających wad optycznych (aberracje układów optycznych). W tym celu jako obiektywy stosuje się skomplikowane, wielosoczewkowe układy optyczne (najprostszy z nich, tzw. obiektyw aplanatyczny Amiciego, posiada 6 soczewek). Jako okular stosuje się układ Huygensa (rzadziej Ramsdena).

---