Хугарлын үзэгдэл. Агаарын хугарлын индекс

2024 Зохиолч: Angel Austin | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-02 17:52

Оптик бол физикийн хамгийн эртний салбаруудын нэг юм. Эртний Грекээс олон философичид ус, шил, алмаз, агаар зэрэг янз бүрийн тунгалаг материал дахь гэрлийн хөдөлгөөн, тархалтын хуулиудыг сонирхож ирсэн. Энэ нийтлэлд агаарын хугарлын илтгэгчийг анхаарч гэрлийн хугарлын үзэгдлийг авч үзнэ.

Гэрлийн цацрагийн хугарлын нөлөө

Түүний амьдралд хүн бүр усан сангийн ёроол руу юм уу ямар нэгэн зүйл байрлуулсан аяга ус руу харахдаа ийм нөлөөний илрэлтэй олон зуун удаа тулгардаг. Үүний зэрэгцээ усан сан нь тийм ч гүн биш мэт санагдаж, аягатай усан доторх эд зүйлс гажигтай эсвэл эвдэрсэн мэт харагдсан.

Гэрлийн цацрагийн хугарлын үзэгдэл нь хоёр тунгалаг материалын хоорондох хөндлөн огтлолцох үед түүний шулуун замд тасрахыг хэлнэ. Олон тооны туршилтын өгөгдлийг нэгтгэн дүгнэхэд 17-р зууны эхээр Голландын Виллеброд Снелл математикийн илэрхийлэлийг хүлээн авсан. Энэ үзэгдлийг үнэн зөв дүрсэлсэн. Энэ илэрхийллийг ихэвчлэн дараах хэлбэрээр бичдэг:

₁sin(θ₁)=n₂sin(θ) ₂)=тогтмол.

Энд n₁, n₂ нь харгалзах материалын гэрлийн үнэмлэхүй хугарлын индексүүд, θ_{1болон θ}2 _{- тусгал ба хугарсан цацрагийн хоорондох өнцөг ба энэ хавтгай ба цацрагийн огтлолцлын цэгээр татагдсан интерфэйсийн хавтгайд перпендикуляр.}

Энэ томьёог Снелийн эсвэл Снелл-Декартын хууль гэж нэрлэдэг (энэ нь франц хүн үүнийг танилцуулсан хэлбэрээр бичсэн бол Голланд хүн синус биш, харин уртын нэгж ашигласан).

Энэ томъёоноос гадна хугарлын үзэгдлийг геометрийн шинж чанартай өөр хуулиар тодорхойлсон. Энэ нь хавтгайд тэмдэглэгдсэн перпендикуляр ба хоёр туяа (хугарсан ба туссан) нэг хавтгайд оршдогт оршино.

Үнэмлэхүй хугарлын илтгэгч

Энэ утга нь Snell томъёонд багтсан бөгөөд түүний үнэ цэнэ чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Математикийн хувьд хугарлын илтгэгч n нь томьёотой тохирч байна:

n=c/v.

c тэмдэг нь вакуум дахь цахилгаан соронзон долгионы хурд юм. Энэ нь ойролцоогоор 310⁸м/с байна. V утга нь орчин дахь гэрлийн хурд юм. Тиймээс хугарлын илтгэгч нь агааргүй орон зайтай харьцуулахад орчин дахь гэрлийн удаашралтын хэмжээг харуулдаг.

Дээрх томъёоноос хоёр чухал үр дагавар бий:

• утга n үргэлж 1-ээс их байна (вакуумын хувьд энэ нь нэгтэй тэнцүү);
• энэ бол хэмжээсгүй хэмжигдэхүүн.

Жишээ нь агаарын хугарлын илтгэгч 1.00029 байхад усны хувьд 1.33 байна.

Хугарлын илтгэгч нь тодорхой орчны хувьд тогтмол утга биш юм. Энэ нь температураас хамаарна. Түүнээс гадна цахилгаан соронзон долгионы давтамж бүрийн хувьд энэ нь өөрийн гэсэн утгатай байдаг. Тэгэхээр дээрх тоонууд нь 20 ^oC температур ба харагдах спектрийн шар хэсэгтэй (долгионы урт нь 580-590 нм орчим) тохирч байна.

n-ийн утга гэрлийн давтамжаас хамаарах нь цагаан гэрлийг призмээр хэд хэдэн өнгө болгон задлах, мөн ширүүн борооны үед тэнгэрт солонго үүсэх зэргээр илэрдэг.

Агаар дахь гэрлийн хугарлын илтгэгч

Үүний утгыг аль хэдийн дээр өгсөн байна (1, 00029). Агаарын хугарлын илтгэгч тэгээс дөрөв дэх аравтын бутархайд л ялгаатай тул практик асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд үүнийг нэгтэй тэнцүү гэж үзэж болно. Агаарын нэгдлээс n-ийн бага зэргийн ялгаа нь агаарын молекулууд гэрлийг бараг удаашруулдаггүйг харуулж байгаа бөгөөд энэ нь харьцангуй бага нягттай холбоотой юм. Тэгэхээр агаарын дундаж нягт нь 1.225 кг/м³, өөрөөр хэлбэл цэвэр уснаас 800 дахин хөнгөн.

Агаар бол оптик нимгэн орчин юм. Материал дахь гэрлийн хурдыг удаашруулах үйл явц нь квант шинж чанартай бөгөөд бодисын атомуудын фотоныг шингээх, ялгаруулах үйл ажиллагаатай холбоотой байдаг.

Агаарын найрлага дахь өөрчлөлт (жишээлбэл, доторх усны уурын агууламж нэмэгдэх), температурын өөрчлөлт нь индикаторын мэдэгдэхүйц өөрчлөлтөд хүргэдэг.хугарал. Гайхамшигтай жишээ бол янз бүрийн температуртай агаарын давхаргын хугарлын илтгэлцүүрийн зөрүүгээс болж үүсдэг цөл дэх сармагчингийн эффект юм.

Шилэн-агаарын интерфейс

Шил бол агаараас хамаагүй нягт орчин юм. Түүний үнэмлэхүй хугарлын индекс нь шилний төрлөөс хамааран 1.5-1.66 хооронд хэлбэлздэг. Хэрэв бид дундаж утгыг 1.55 гэж авбал агаарын шилний интерфейс дэх цацрагийн хугарлыг дараах томъёогоор тооцоолж болно:

sin(θ₁)/sin(θ₂)=n₂/ n₁=n₂₁=1, 55.

n₂₁ утгыг агаарын харьцангуй хугарлын илтгэгч гэж нэрлэдэг - шил. Хэрэв цацраг шилнээс агаарт гарвал дараах томъёог ашиглана:

sin(θ₁)/sin(θ₂)=n₂/ n₁=n₂₁=1/1, 55=0, 645.

Хэрэв сүүлийн тохиолдолд хугарсан цацрагийн өнцөг 90^o-тэй тэнцүү байвал түүнд тохирох тусгалын өнцгийг критик гэж нэрлэдэг. Хилийн шилний хувьд агаар нь:

θ₁=arcsin(0, 645)=40, 17^o.

Хэрэв цацраг шил-агаарын хил дээр 40, 17^o-ээс их өнцгөөр унавал шилэнд бүрэн тусна. Энэ үзэгдлийг "нийт дотоод тусгал" гэж нэрлэдэг.

Гүйцэтгэх өнцөг нь зөвхөн туяа нягт орчноос (шилээс агаарт, харин эсрэгээр биш) шилжих үед л бий болно.