Lomu nebo ohybu světla, se vyskytuje jako světlo prochází z jednoho prostředí do jiného prostředí s jiným indexem lomu. Refrakce je důležitou vlastností čoček, která jim umožňuje zaostřit paprsek světla na jeden bod a je také zodpovědná za řadu známých jevů, jako je zjevné zkreslení objektů částečně ponořených do vody.

index lomu je definován jako relativní rychlost, při které se světlo pohybuje materiálem vzhledem k jeho rychlosti ve vakuu. Konvencí je index lomu vakua definován jako hodnota 1,0. Index lomu, n, z jiných průhledných materiálů je definována pomocí rovnice:

kde c je rychlost světla a v je rychlost světla v tomto materiálu. Protože index lomu vakua je definován jako 1.0 a vakuum postrádá jakýkoli materiál, indexy lomu všech průhledných materiálů jsou proto větší než 1,0. Pro většinu praktických účelů lze pro výpočet indexů lomu neznámých materiálů použít index lomu světla vzduchem (1.0003). Indexy lomu některých běžných materiálů jsou uvedeny v tabulce 1 níže.

Materiál Index Lomu Air 1.0003 Water 1.33 Glycerin 1.47 Immersion Oil 1.515 Glass 1.52 Flint 1.66 Zircon 1.92 Diamond 2.42 Lead Sulfide 3.91

Table 1

It is important to note that the speed at which refracted light travels is dependent upon the density of the materials it is traveling through. Například, když světlo přechází z méně hustého média, jako je vzduch, na hustší médium, jako je voda, rychlost, kterou elektromagnetická vlna cestuje, klesá. Alternativně, když světlo přechází z hustšího média na méně husté médium, rychlost vlny se zvyšuje.

úhel, pod kterým se lomené světlo pohybuje, je však závislý jak na úhlu dopadu, tak na složení materiálu, do kterého vstupuje. Normál lze definovat jako přímku kolmou k hranici mezi dvěma látkami. Světlo prochází do hranice v úhlu k běžné a láme podle Snellova Zákona.

, kde n představuje refrakční indexy materiál 1 a materiál 2 a q symbolizuje úhly světla cestování prostřednictvím těchto materiálů s ohledem na normální. Z této rovnice lze vyvodit několik důležitých bodů. Když je n (1) větší než n (2), úhel lomu je vždy menší než úhel dopadu. Alternativně, když je n (2) větší než n (1), úhel lomu je vždy větší než úhel dopadu. Když jsou dva indexy lomu stejné (n (1) = n (2)), pak světlo prochází bez lomu.

koncept indexu lomu je znázorněn na obrázku 1 níže se zaměřením na případ světla procházejícího ze vzduchu sklem i vodou. Všimněte si, že zatímco oba paprsky vstupují do hustšího materiálu stejným úhlem dopadu vzhledem k normálu (60 stupňů), refrakce skla je téměř o 6 stupňů větší než u vody kvůli vyššímu indexu lomu skla.

Vědci zjistili, že index lomu závisí na frekvenci záření (nebo vlnové délce) světla. K tomuto jevu dochází ve spojení se všemi průhlednými médii a byl nazván disperze. Proto při měření indexu lomu průhledné látky musí být identifikována konkrétní vlnová délka použitá při měření. Níže tabulka 2 popisuje rozptyl tří nezávislých vlnových délek v různých médiích.

Materiál Modrá (486.1 nm) Žlutá (589.3 nm) Červená (656.3 nm) Korunu Sklo 1.524 výšce 1.517 1.515 obdobně křemenného Skla 1.639 1.627 1.622 Water 1.337 1.333 1.331 Cargille Oil 1.530 1.520 1.516 Carbon Disulfide 1.652 1.628 1.618

Table 2

The most commonly used wavelength to measure refractive index is that emitted by a sodium lamp, which has an average wavelength of 5.893 nanometers. Toto světlo se nazývá spektrum čáry D a představuje žluté světlo uvedené v tabulce 2 výše. Podobně spektra F A C odpovídají modrému a červenému světlu specifických vlnových délek emitovaných vodíkem. Tyto spektra jsou zásadní při výpočtu disperze, které mohou být kvantitativně definována jako:

, kde n je index lomu materiálu při určité vlnové délce označeny D, F, a, C, které představují spektrální čáry sodíku a vodíku, jak je popsáno výše. Vztah je takový, že se zvyšující se vlnovou délkou světla se index lomu snižuje. Mnoho faktorů však hraje roli v disperzi různých materiálů, včetně jejich elementárního a molekulárního složení. Několik anorganických pevných látek, jako jsou chromany, dichromany, kyanidy, vanadáty a halogenidové komplexy, má neobvykle vysoké disperze. Organické substituenty však mohou také přispívat k vysoké disperzi.

	Interactive Java Tutorial
refrakce světla zjistěte, jak vlnová délka a dopadající úhel světla ovlivňují refrakci v různých médiích s různými indexy lomu.

Refraction of light is particularly important in the construction and physics of lenses. Pamatovat, že když paprsek světla opustil sklo i vodu na obrázku 1, byl znovu lomen ve stejném úhlu, ve kterém vstoupil do materiálu. Tento koncept je nezbytný pro fungování čoček, i když tvar čočky významně ovlivňuje výsledný obraz. V konvexní čočce, jak je znázorněno níže na obrázku 2, jsou světelné vlny odražené od objektu, v tomto případě žirafy, ohnuty směrem k optickému středu čočky a sbíhají se na ohnisko.

relativní polohu objektu s ohledem na přední ohnisko objektivu určuje, jak je objekt zobrazen. Pokud je objekt za dvojnásobkem délky ohniska, zdá se, že je menší a obrácený a musí být zobrazen další čočkou, aby se zvětšila velikost. Pokud je však obraz blíže k objektivu než ohnisko, objeví se obraz ve svislé poloze a větší, což lze snadno prokázat jednoduchým lupou.

	Interactive Java Tutorial
Zvětšení Obrazu Prozkoumat, jak obraz žirafa je umocněn lom světelných vln procházejících jednoduchý tenký bi-konvexní čočky.

Due to the refraction of light, a common optical illusion occurs when objects are visualized in water. Jednoduchá sláma na pití ve sklenici naplněné vodou, jak je znázorněno na obrázku 3, je ukázkovým příkladem tohoto výskytu. V tomto příkladu musí vlny světla nejprve projít vodou, poté přes hranici sklo/voda a nakonec vzduchem. Světelné vlny odražené od konce slámy jsou lomené ve větší míře než ty, které přicházejí od středu slámy, takže sláma se objeví zvětšené a mírně zkreslené.

stejný jev může být použit k určení indexu lomu kapaliny s optickým mikroskopem. Za tímto účelem musí být na vnitřní povrch skla umístěna plochá buňka schopná držet kapalinu se značkou (nebo stupnicemi). Taky, jeden z okulárů mikroskopu musí mít v primární rovině obrazu vloženou odměrnou síťku pro měření šířky čáry značky v ploché buňce. Před přidáním kapalina neznámého indexu lomu buňky, mikroskop by měla být zaměřena na značku ve spodní části cely a měření označte pozici na záměrný kříž poznamenal. Next, malé množství kapaliny, by měla být přidána do buňky a mikroskopem soustředí se na známky (přes kapalinu) a nové měření přijata. Mikroskop by pak měl být konečně zaměřen na povrch kapaliny a třetí čtení zaznamenáno měřením polohy značky na zaměřovači. Index lomu neznámé kapaliny pak může být vypočtena pomocí následující rovnice:

kde D(měřené) – je naměřená hloubka (od povrchu kapaliny na pozici označit na prázdné buňky) pomocí mikroskopu a D(zdánlivý) je mark měření s a bez kapaliny.

kritický úhel odrazu je dalším klíčovým konceptem ve studiu lomu světla a je znázorněn níže na obrázku 4. Když světlo prochází médiem s vysokým indexem lomu do média s nižším indexem lomu, dopadající úhel světelných vln se stává důležitým faktorem. Pokud je úhel dopadu se zvyšuje kolem určité hodnoty (závislé na indexu lomu obou médií), to dosáhne bodu, kde úhel je tak velký, že žádné světlo se láme do střední nižší index lomu.

Na Obrázku 4, jednotlivé světelné paprsky jsou reprezentovány buď červené nebo žluté barevné šipky pohybující se od střední vysoký index lomu (n(2)) na jeden z nižší index lomu (n(1)). Úhel dopadu jednotlivých světelný paprsek je označován i a úhlu lomu r. Čtyři žluté paprsky světla mají úhel dopadu (i) dostatečně nízká, aby se projít na rozhraní mezi dvěma médii. Dva paprsky červeného světla však mají dopadající úhly, které překračují kritický úhel (přibližně 41 stupňů) a odrážejí se buď do hranice mezi médiem, nebo zpět do média s vysokým indexem lomu. Tento jev nastává, když úhel lomu (úhel r v Obrázek 4) se rovná 90 stupňů a Snellova zákona snižuje na:

kde (q) je nyní nazývá kritický úhel C. Pokud médium menší index lomu vzduchu (n = 1.00), rovnice dále zjednoduší na:

Jak je uvedeno dříve, další důležitou vlastnost lomu světla je, že vlnová délka světla má vliv na množství, lom, který se vyskytuje ve střední. Ve skutečnosti je množství lomu, ke kterému dochází, nepřímo úměrné vlnové délce dopadajícího světla. Viditelné světlo s kratší vlnovou délkou je tedy lomeno ve větším úhlu než světlo s delší vlnovou délkou. Proto, když bílé světlo, které je složeno ze všech barev viditelného spektra, prochází přes skleněný hranol, to je rozptýlen do jeho barevné složky způsobem, který je závislý na jednotlivých vlnových délkách. Nízkofrekvenční viditelné světlo (600 nanometrů a větší) je lomeno pod menším úhlem než světlo s vyšší frekvencí, což má za následek duhový efekt, jak je znázorněno níže na obrázku 5.

Tento stejný jev je také zodpovědný za chromatické aberace. Když bílé světlo prochází jednoduchý konvexní čočka, několik kontaktních míst vznikají v těsné blízkosti, které odpovídají menší index lomu rozdíly složky vlnových délkách. Tento efekt má tendenci produkovat barevné (buď červené nebo modré, v závislosti na zaměření) svatozáře obklopující obrazy objektů. Korekce této aberace je obvykle dosaženo pomocí kombinace dvou nebo více čoček, skládající se z materiálů, které mají různé disperzní vlastnosti, jako je achromatický objektiv konstruován s oběma korunu a flint brýle.

	Interactive Java Tutorial
refrakce hranolem prozkoumejte, jak je bílé světlo rozděleno na barvy své složky lomem různými úhly v hranolu.

Over the years, humans have made many devices that make use of the fact that light can be refracted, as well as reflected and focused. Nejběžnějším příkladem je fotoaparát, který je navržen tak, aby vytvářet ostré a zaměřil obrázky na emulzi filmu nebo povrchu charge-coupled device (CCD) vytvářet přesný obraz. Jiné optické zařízení, které využívají tyto vlastnosti světla patří mikroskopy a dalekohledy, které umožňují zobrazení objektů, které jsou neviditelné pouhým lidským okem, bez ohledu na to, zda jsou umístěny na špendlíku nebo ve vzdálené galaxii.

přispívající autoři

Mortimer Abramowitz – Olympus America, Inc., Dvě Jednotky Firemního Centra., Melville, New York, 11747.

Shannon H. Neaves a Michael W. Davidson – National High Magnetic Field Laboratory, 1800 East Paul Dirac Dr., Florida State University, Tallahassee, Florida, 32310.

zpět na světlo a barvu

otázky nebo komentáře? Pošlete nám e-mail.

© 1998-2021 Michael W.Davidson a Florida State University. Všechna Práva Vyhrazena. Žádné obrázky, grafika, skripty, nebo applety nesmí být reprodukovány nebo použity jakýmkoli způsobem bez souhlasu držitelů autorských práv. Používání této webové stránky znamená, že souhlasíte se všemi právními podmínkami stanovenými vlastníky.

tyto webové stránky spravuje náš
Graphics & webový programovací tým
ve spolupráci s optickou mikroskopií v
National High Magnetic Field Laboratory.

Poslední úpravy: pátek, Listopad 13, 2015, 02:18 PM

Přístup Počítat Od 10. Března 2003:181405

Navštivte webové stránky našich partnerů v oblasti vzdělávání: