skanowanie0077 2

162 Optyka

Zestaw ćwiczeniowy

Badane płytki, mi kro mierz (rozdz. 5), mikroskop Pojęcia kluczowe

•    Prawo załamania światła, współczynnik załamania światła (patrz także rozdz. 38 i 40)

•    Przejście światła przez płytkę równoległościenną

•    Bieg promieni od górnej i dolnej powierzchni do obiektywu, obserwacja płytki przez mikroskop, grubość rzeczywista i pozorna

•    Wyrażenie współczynnika załamania przez grubość rzeczywistą i pozorną, sposób pomiaru grubości rzeczywistej i pozornej.

40. Wyznaczanie współczynnika załamania światła dla cieczy za pomocą refraktometru Abbego

Wprowadzenie

Gdy promień świetlny biegnie z ośrodka optycznie rzadszego do optycznie gęstszego, np. z powietrza do szkła, ulega on załamaniu na granicy ośrodków, tworząc w ośrodku gęstszym mniejszy kąt z normalną do powierzchni (kąt załamania) niż w ośrodku rzadszym (odpowiedni kąt nosi nazwę kąta paciania). W przypadku odwrotnego biegu promieni kąt padania jest mniejszy od kąta załamania.

Każdemu kątowi padania a odpowiada inny kąt załamania /?, lecz stosunek sinusów obu kątów ma wartość stałą dla danej pary ośrodków i dla danej długości fali światła. Wyraża się to ilościowo następującym równaniem:

——^ = —2-.    (40.1)

sin p n,

Powyższy wzór wyraża prawo załamania światła (prawo Snella), a wielkości ni i n₂ nazywająsię bezwzględnymi współczynnikami załamania światła ośrodka 1 i ośrodka 2.

Bezwzględny współczynnik załamania światła jest określony również stosunkiem prędkości światła w próżni c do prędkości światła w danym ośrodku v:

n = —.    (40.2)

v

Ze względu na to, że prędkość światła jest największa w próżni, bezwzględny współczynnik załamania światła jest dla wszystkich ośrodków materialnych większy od jedności.

Załamanie światła, na granicy dwóch ośrodków materialnych jest określone ich względnym współczynnikiem załamania:

«2i= — ■    (40.3)

n,

W rzeczywistych warunkach załamanie światła następuje często na granicy powietrza z cieczą lub ciałem stałym. W tej sytuacji można przyjąć, że powietrze ma współczynnik załamania bardzo bliski wartości dla próżni (n = 1) i że równanie (40.1) wyznacza bezwzględny współczynnik załamania cieczy lub gazu.

Całkowite odbicie wewnętrzne

Wzór Snella przyjmuje szczególnie wygodną postać w przypadku całkowitego odbicia wewnętrznego zachodzącego przy kącie granicznym lub większym. Istotę zjawiska całkowitego odbicia wewnętrznego pokazano na rys. 40,1. Promienie biegnące z ośrodka optycznie gęstszego II do rzadszego odchylają się od prostopadłej tym bardziej, im większy jest kąt padania a. Kąt załamania osiąga wartość 90° przy pewnym kącie a_s, zwanym kątem granicznym - promień

Rys. 40.1. Ilustracja całkowitego odbicia wewnętrznego

nie przechodzi do ośrodka I. Widzimy więc, że przy kącie granicznym i większych kątach padania promienie nie mogą przejść do ośrodka rzadszego - ulegają całkowitemu odbiciu. Zgodnie z prawem załamania

sina,,

n, sin 90°

■ = sin cc„

(40.4)

Jeśli znamy współczynnik załamania n-i ośrodka gęstszego i zmierzymy kąt graniczny Og, możemy wyznaczyć współczynnik załamania n\ ośrodka rzadszego. Pomiaru kąta granicznego dokonujemy za pomocą refraktometru.

Dla promieni biegnących z ośrodka rzadszego do gęstszego całkowite odbicie nie występuje.