1. Prawo Snelliusa — prawo w fizyce opisujące bieg promienia świetlnego przy przejściu światła między dwoma ośrodkami przeźroczystymi o różnych współczynnikach załamania. Prawo odkrył holenderski astronom i matematyk Willebrord Snell w 1621 roku i na jego cześć nadano nazwę prawa.

Z instrukcji do cwicz. 4

Według prawa Snelliusa, stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest dla danej pary ośrodków wielkością stałą, zwaną współczynnikiem załamania i równą stosunkowi prędkości światła w obydwu ośrodkach. Zależność tą opisuje wzór:

gdzie:

α - kąt padania

β - kąt załamania

n₁₂ - współczynnik załamania ośrodka drugiego względem pierwszego

c₁ , c₂ - prędkości światłą w obu ośrodkach

a) Załamanie światła, zjawisko załamania fali świetlnej. Gdy fala ta nie jest monochromatyczna, załamaniu światła towarzyszy rozszczepienie światła.

b) Odbicie światła, zjawisko zmiany kierunku rozprzestrzeniania się promieni świetlnych zachodzące na granicy dwóch ośrodków, przy czym gdy co najmniej jeden z nich jest przezroczysty.

Przy odbiciu zachodzącym na powierzchni, której nierówności są małe w odniesieniu do długości padającej fali świetlnej, spełnione jest tzw. prawo odbicia (W. Snellius, 1618): promień odbity pozostaje w tym samym ośrodku, w jakim znajdował się promień padający, oba promienie (padający i odbity) należą do jednej płaszczyzny prostopadłej do powierzchni odbijającej, kąty zawarte w tej płaszczyźnie pomiędzy normalną do powierzchni a kierunkami obu promieni są sobie równe.

Gdy oba ośrodki są przezroczyste, odbiciu towarzyszy zazwyczaj załamanie światła (z wyjątkiem przypadków odbicia całkowitego wewnętrznego). Promień odbity od powierzchni dielektrycznej jest częściowo lub całkowicie spolaryzowany (kąt Brewstera). W czasie odbicia może ulec zmianie (na przeciwną) faza oraz zmniejszyć się amplituda fali.

2. Całkowite wewnętrzne odbicie to zjawisko fizyczne zachodzące dla fal (najbardziej znane dla światła) występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka lecz ulega całkowitemu odbiciu.

Zjawisko to jest wykorzystywane w pryzmatach oraz światłowodach. Jest także przyczyną powstawania refleksów w oszlifowanym diamencie.

całkowite wewnętrzne odbicie, odbicie światła zachodzące na granicy dwóch ośrodków przezroczystych charakteryzujących się współczynnikami załamania n₁ i n₂, n₁>n₂. Zjawisko obserwuje się w ośrodku o większym współczynniku załamania.

Polega ono na odbiciu światła zachodzącym bez strat energii, nie towarzyszy mu załamanie światła. Obserwuje się go, gdy kąt padania (tj. kąt zawarty pomiędzy normalną do powierzchni a kierunkiem promienia światła) jest większy od tzw. kąta granicznego całkowitego odbicia wewnętrznego. Wartość tego kąta wyraża się wzorem:

γ=arcsin(n₂/n₁).

Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia jest podstawą działania światłowodu, wykorzystywane jest w wielu przyrządach optycznych, m.in. w niektórych konstrukcjach refraktometrów, pryzmatach całkowitego odbicia itp.

3. Refrakcja molowa, wielkość zdefiniowana wzorem:

gdzie: n - współczynnik załamania światła monochromatycznego, M - masa molowa, ρ - gęstość (refrakcja molowa wyznaczona przy żółtej linii światła sodowego oznaczana jest symbolem R_D). Jednostką refrakcji molowej jest [m³·mol^-1].

Refrakcja molowa jest wielkością charakterystyczną dla substancji chemicznych i praktycznie niezależną od temperatury, ciśnienia, stanu skupienia. Posiada własność addytywności - może być rozłożona na stałe udziały atomowe.

Służy do wyznaczania: momentów dipolowych, średnich polaryzowalności cząsteczkowych, objętości cząsteczkowych i wzorów strukturalnych związków chemicznych.

4. Refraktometr, przyrząd do badania współczyników załamania światła różnych ośrodków.

Refraktometr Abbego w najprostszym wykonaniu składa się z dwóch prostokątnych, pryzmatów ze szkła o dużym współczynniku załamania. Między te pryzmaty wprowadzamy kilka kropel badanej cieczy, której współczynnik załamania powinien być mniejszy niż współczynnik załamania szkła. Ciecz tworzy między przeciwprostokątnymi powierzchniami obu pryzmatów cienką, płasko-równoległą warstewkę, na którą padają pod różnymi kątami promienie wychodzące z pryzmatu P1. Część tych promieni ulega całkowitemu odbiciu na powierzchni cieczy, część zaś przechodzi dalej, przenika pryzmat P2 i opuszcza go nie zmieniając pierwotnego kierunku. Wszystkie promienie padające pod kątem, większym od granicznego ulegają całkowitemu odbiciu. Dzięki takiemu biegowi promieni pole widzenia lunetki podzielone jest na dwie części -- jasną i ciemną, oddzielone od siebie ostrą linią graniczną (oczywiście pod warunkiem użycia światła monochromatycznego). Przez ustawienie lunetki tak, aby umieszczony w płaszczyźnie ogniskowej obiektywu krzyż znalazł się na linii granicznej, odczytać możemy wartość kąta granicznego a następnie obliczyć współczynnik załamania światła badanej cieczy. Posługiwanie się zwykłym refraktometrem Abbego wymaga stosowania światła monochromatycznego (zwykle żółtego światła sodu), gdyż przy stosowaniu światła białego występuje zjawisko rozszczepienia światła, czyli dyspersji. Kąt graniczny jest dla każdej długości fali inny; dlatego to przy użyciu światła niejednorodnego mielibyśmy nie ostrą linię graniczną, lecz rozmytą smugę o barwach tęczy.

Uniwersalny refraktometr Abbego, którym się posługujemy w ćwiczeniu, pozwala na użycie światła białego — dzięki dodatkowym kompensującym dyspersję urządzeniom; poza tym konstrukcja jego ułatwia pracę. Poza wymienionymi pryzmatami P₁ i P₂ ma on dodatkowe pryzmaty P₃ i P₄. Pryzmat P₃ służy do zmiany kierunku biegu promieni wychodzących z pryzmatu P₂. Dzięki temu lunetkę, przez którą obserwujemy linię graniczną, można ustawić pod kątem 45° do poziomu, co ułatwia obserwacje. Z pryzmatem P₃ obracającym się dokoła osi w punkcie O sprzężona jest podziałka K sporządzona w ten sposób, że odczytuje się z niej wprost wartość współczynnika załamania n badanej cieczy (bez wyznaczania kąta granicznego). Odczyt dokonujemy za pomocą lunetki, przy czym widzimy dwie podziałki, jedną — podającą wartość współczynnika załamania n, drugą — podającą procentową zawartość ciała suchego. Dwa pryzmaty kompensacyjne P₄ niweczą rozszczepienie światła białego,

którym się tutaj możemy posługiwać. Działają one w ten sposób, że powstającą przy załamaniu w warstewce cieczy barwną i rozbieżną wiązkę promieni świetlnych zamieniają na równoległą do żółtego promienia światła sodu. Dzięki temu linia graniczna w polu widzenia lunetki jest pozbawiona tęczowych obwódek i odpowiada kątowi granicznemu dla linii D sodu. Co więcej, kąt obrotu obu pryzmatów P₄, które obracają się w kierunkach przeciwnych, mierzy dyspersję ciała badanego. Dyspersją nazywamy tu różnicę współczynnika załamania promieni świetlnych o długości fali odpowiadających prążkom Fraunhofera F i C.

---