Prawo załamania światła

Zmiana kierunku promieni świetlnych podczas załamania nie jest przypadkowa. Opisuje to prawo załamania światła nazywane niekiedy prawem Snelliusa (patrz - biografie: Snell van Royen). Prawo załamania światła łączy ze sobą dwa kąty - kąt padania na powierzchnię rozgraniczającą dwa ośrodki i kąt załamania powstający gdy promień przejdzie granicę i zacznie się rozchodzić w drugim ośrodku Warto zwrócić uwagę na fakt, że kąty padania i załamania są liczone od normalnej do powierzchni, a nie od samej powierzchni.

Stosunek sinusa kąta padania, do sinusa kąta załamania jest dla danych ośrodków stały i równy stosunkowi prędkości fali w ośrodku pierwszym, do prędkości fali w ośrodku drugim. Kąty padania i załamania leżą w tej samej płaszczyźnie.

	α – kąt padania β – kąt załamania v1 – prędkość światła w ośrodku 1 v2 – prędkość światła w ośrodku 2

Współczynnik załamania światła (oznaczany literą n) jest wielkością opisującą załamanie światła przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego. Liczbowo współczynnik załamania wyraża się poprzez stosunek prędkości światła v₁ w jednym ośrodku do prędkości v₂ w drugim ośrodku, n₂₁=v₁/v₂. Jeśli jednym z ośrodków jest próżnia, to współczynnik załamania n nosi nazwę bezwzględnego n=c/v, gdzie c to prędkość światła w próżni.

Dyfrakcja to zjawisko polegające na zaburzeniu prostoliniowego rozchodzenia się promieni świetlnych.

Dyfrakcji ulega światło tylko na takich przeszkodach (szczelinach), których rozmiary są porównywalne z długością fali świetlnej.

d >> λ – dyfrakcja nie występuje,

d ≈ λ – dyfrakcja zachodzi.

• Dyfrakcja na dwóch szczelinach

Jeżeli na układ dwóch szczelin pada równoległa wiązka światła, to na szczelinach występuje dyfrakcja, co prowadzi do nakładania się wiązek (interferencji) i w konsekwencji na ekranie obserwuje się układ ciemnych i jasnych prążków, czyli minimów i maksimów interferencyjnych.

Interferencja to nakładanie się dwóch lub większej liczby wiązek, w wyniku czego dochodzi do wzmocnienia lub wygaszenia interferencyjnego. Warunkiem wystąpienia obrazów interferencyjnych jest spójność wiązek światła oraz występowanie różnicy dróg Δr, przebytych przez wiązki od źródła do punktu nałożenia się.

• Wzmocnienie interferencyjne (jasny prążek) zachodzi wówczas, gdy różnica dróg przebytych przez dwie fale do miejsca ich spotkania spełnia warunek:

Δr = r₁ – r₂ = nλ, gdzie n = 0, 1, 2, 3...

• Wygaszenie interferencyjne zachodzi wówczas, gdy spełniony jest warunek:

,
gdzie n = 1, 2, 3...

• Wiązki spójne to takie wiązki, które czasowo i przestrzennie wykazują stałą różnicę faz, np. wiązka światła laserowego.

Rayleigha interferometr, interferometr Rayleigha, refraktometr interferencyjny, rodzaj interferometru optycznego służący do bardzo precyzyjnego pomiaru różnicy współczynnika załamania światła dwóch ośrodków.

Interferencja fal

Zbudowany jest ze źródła światła, obiektywu, diafragmy z dwiema szczelinami dyfrakcyjnymi (dyfrakcja fal), dwóch naczyń wypełnionych wzorcową i badaną substancją oraz lunetki z okularem cylindrycznym. Źródło światła umieszczone jest w ognisku obiektywu, powstała po przejściu przez obiektyw równoległa wiązka światła trafia na diafragmę o dwóch równoległych, pionowych szczelinach, gdzie zachodzi zjawisko dyfrakcji światła.

Schemat interferometru Rayleigha

Przestrzeń za każdą ze szczelin od połowy jej wysokości wypełniają odpowiednio naczynia z badaną i wzorcową substancją. Ugięte promienie interferują (interferencja fal) ze sobą, przy czym światło ugięte w górnej połowie przyrządu (ze względu na rozprzestrzenianie się w ośrodkach o różnych współczynnikach załamania światła) tworzy układ prążków interferencyjnych przesunięty względem układu prążków powstających w dolnej części przyrządu.

Pomiar przesunięcia prążków pozwala wyznaczyć względny współczynnik załamania światła z dokładnością nawet do 8 cyfr znaczących.