Vielas refrakcijas indekss. Gaismas laušanas likums. Absolūtie un relatīvie refrakcijas rādītāji. kopējā iekšējā atspulga. No kā ir atkarīgs vielas refrakcijas indekss?

Refrakciju sauc par noteiktu abstraktu skaitli, kas raksturo jebkuras caurspīdīgas vides refrakcijas spēku. Ierasts to apzīmēt ar n. Ir absolūtais refrakcijas koeficients un relatīvais koeficients.

Pirmo aprēķina, izmantojot vienu no divām formulām:

n = sin α / sin β = const (kur sin α ir krišanas leņķa sinuss, un sin β ir gaismas stara sinuss, kas no tukšuma nonāk aplūkotajā vidē)

n = c / υ λ (kur c ir gaismas ātrums vakuumā, υ λ ir gaismas ātrums pētāmajā vidē).

Šeit aprēķins parāda, cik reizes gaisma maina savu izplatīšanās ātrumu brīdī, kad notiek pāreja no vakuuma uz caurspīdīgu vidi. Tādā veidā tiek noteikts refrakcijas indekss (absolūtais). Lai uzzinātu radinieku, izmantojiet formulu:

Tas ir, tiek ņemti vērā dažāda blīvuma vielu, piemēram, gaisa un stikla, absolūtie refrakcijas rādītāji.

Vispārīgi runājot, jebkura ķermeņa, neatkarīgi no tā, vai tā ir gāzveida, šķidra vai cieta, absolūtais koeficients vienmēr ir lielāks par 1. Pamatā to vērtības svārstās no 1 līdz 2. Šī vērtība var būt lielāka par 2 tikai izņēmuma gadījumos. Šī parametra vērtība dažām vidēm:

Šī vērtība, ja to piemēro cietākajai dabiskajai vielai uz planētas, dimantam, ir 2,42. Ļoti bieži, veicot zinātniskus pētījumus utt., ir jāzina ūdens laušanas koeficients. Šis parametrs ir 1,334.

Tā kā viļņa garums, protams, ir indikators, nevis konstants, burtam n tiek piešķirts indekss. Tā vērtība palīdz saprast, uz kuru spektra vilni attiecas šis koeficients. Apsverot to pašu vielu, bet palielinoties gaismas viļņa garumam, refrakcijas koeficients samazināsies. Šis apstāklis ​​izraisīja gaismas sadalīšanos spektrā, izejot cauri lēcai, prizmai utt.

Pēc refrakcijas indeksa vērtības var noteikt, piemēram, cik daudz vienas vielas ir izšķīdis citā. Tas noder, piemēram, brūvējot vai tad, kad jāzina cukura, augļu vai ogu koncentrācija sulā. Šis rādītājs ir svarīgs arī naftas produktu kvalitātes noteikšanā, un juvelierizstrādājumos, kad nepieciešams pierādīt akmens īstumu u.c.

Neizmantojot nekādas vielas, instrumenta okulārā redzamā skala būs pilnīgi zila. Ja uz prizmas nometat parasto destilētu ūdeni, pareizi kalibrējot instrumentu, zilās un baltās krāsas robeža iet stingri gar nulles atzīmi. Pārbaudot citu vielu, tā pārvietosies pa skalu atkarībā no tās refrakcijas indeksa.

Ja gaismas vilnis nokrīt uz plakanas robežas, kas atdala divus dielektriķus ar atšķirīgu relatīvo caurlaidību, tad šis vilnis tiek atstarots no saskarnes un laužas, pārejot no viena dielektriķa uz otru. Caurspīdīgas vides refrakcijas spēku raksturo refrakcijas indekss, ko biežāk sauc par laušanas indeksu.

Absolūtais refrakcijas indekss

DEFINĪCIJA

Absolūtais refrakcijas indekss izsauciet fizisko lielumu, kas vienāds ar gaismas izplatīšanās ātruma vakuumā () attiecību pret gaismas fāzes ātrumu vidē (). Šo refrakcijas indeksu apzīmē ar burtu . Matemātiski šo refrakcijas indeksa definīciju var uzrakstīt šādi:

Jebkurai vielai (izņēmums ir vakuums) laušanas koeficienta vērtība ir atkarīga no gaismas frekvences un vielas parametriem (temperatūras, blīvuma utt.). Retajām gāzēm laušanas koeficients tiek pieņemts vienāds ar.

Ja viela ir anizotropa, tad n ir atkarīgs no virziena, kādā gaisma izplatās un kā gaismas vilnis ir polarizēts.

Pamatojoties uz definīciju (1), absolūto refrakcijas indeksu var atrast šādi:

kur ir barotnes dielektriskā konstante, ir vides magnētiskā caurlaidība.

Refrakcijas indekss var būt sarežģīts lielums absorbējošā vidē. Optisko viļņu diapazonā pie =1 caurlaidība tiek rakstīta šādi:

tad refrakcijas indekss:

kur ir refrakcijas indeksa reālā daļa, kas vienāda ar:

atspoguļo refrakciju, iedomātā daļa:

atbildīgs par uzsūkšanos.

Relatīvais refrakcijas indekss

DEFINĪCIJA

Relatīvais refrakcijas indekss() otrās vides attiecībā pret pirmo ir gaismas fāzes ātruma attiecība pirmajā vielā pret fāzes ātrumu otrajā vielā:

kur ir otrās vides absolūtais refrakcijas indekss, ir pirmās vielas absolūtais laušanas koeficients. If title="(!LANG:Rendered by QuickLaTeX.com" height="16" width="60" style="vertical-align: -4px;">, то вторая среда считается оптически более плотной, чем первая.!}

Monohromatiskajiem viļņiem, kuru garums ir daudz lielāks par attālumu starp vielas molekulām, tiek izpildīts Snella likums:

kur ir krišanas leņķis, ir refrakcijas leņķis, ir relatīvais refrakcijas indekss vielai, kurā izplatās lauztā gaisma, attiecībā pret vidi, kurā izplatījās krītošais gaismas vilnis.

Vienības

Refrakcijas indekss ir bezizmēra lielums.

Problēmu risināšanas piemēri

1. PIEMĒRS

Exercise	Kāds būs kopējā iekšējā atstarojuma () ierobežojošais leņķis, ja gaismas stars pāriet no stikla gaisā. Stikla laušanas koeficients tiek uzskatīts par n=1,52.
Risinājums	Ar kopējo iekšējo atstarošanu refrakcijas leņķis () ir lielāks vai vienāds ar ). Leņķim refrakcijas likums tiek pārveidots formā: Tā kā staru kūļa krišanas leņķis ir vienāds ar atstarošanas leņķi, mēs varam rakstīt, ka: Atbilstoši problēmas apstākļiem stars no stikla iziet gaisā, kas nozīmē, ka Veiksim aprēķinus:
Atbilde

2. PIEMĒRS

Exercise	Kāda ir saistība starp gaismas stara krišanas leņķi () un vielas refrakcijas indeksu (n)? Ja leņķis starp atstarotajiem un lauztajiem stariem ir ? Stars no gaisa nokrīt matērijā.
Risinājums	Uztaisīsim zīmējumu.

UZ LEKCIJU №24

"ANALĪZES INSTRUMENTĀLĀS METODES"

REFRAKTOMETRIJA.

Literatūra:

1. V.D. Ponomarevs "Analītiskā ķīmija" 1983 246-251

2. A.A. Iščenko "Analītiskā ķīmija" 2004, 181.-184.lpp.

REFRAKTOMETRIJA.

Refraktometrija ir viena no vienkāršākajām fizikālajām analīzes metodēm, kas prasa minimālu analīta daudzumu un tiek veikta ļoti īsā laikā.

Refraktometrija- metode, kuras pamatā ir refrakcijas vai laušanas fenomens t.i. gaismas izplatīšanās virziena maiņa, pārejot no vienas vides uz otru.

Refrakcija, kā arī gaismas absorbcija ir tās mijiedarbības ar vidi sekas. Vārds refraktometrija nozīmē dimensiju gaismas laušana, ko novērtē pēc laušanas koeficienta vērtības.

Refrakcijas indeksa vērtība n atkarīgs

1) par vielu un sistēmu sastāvu,

2) no kādā koncentrācijā un ar kādām molekulām gaismas stars sastopas savā ceļā, jo Gaismas iedarbībā dažādu vielu molekulas tiek polarizētas dažādos veidos. Uz šīs atkarības ir balstīta refraktometriskā metode.

Šai metodei ir vairākas priekšrocības, kā rezultātā tā ir atradusi plašu pielietojumu gan ķīmiskajos pētījumos, gan tehnoloģisko procesu kontrolē.

1) Refrakcijas koeficientu mērīšana ir ļoti vienkāršs process, kas tiek veikts precīzi un ar minimālu laika un vielas daudzuma ieguldījumu.

2) Parasti refraktometri nodrošina līdz 10% precizitāti gaismas refrakcijas indeksa un analizējamās vielas satura noteikšanā.

Refraktometrijas metodi izmanto autentiskuma un tīrības kontrolei, atsevišķu vielu identificēšanai, organisko un neorganisko savienojumu struktūras noteikšanai šķīdumu izpētē. Refraktometriju izmanto, lai noteiktu divkomponentu šķīdumu sastāvu un trīskāršām sistēmām.

Metodes fiziskais pamats

REFRAKTIVA INDIKATORS.

Jo lielāka ir gaismas stara novirze no sākotnējā virziena, kad tas pāriet no vienas vides uz otru, jo lielāka ir gaismas izplatīšanās ātrumu atšķirība divās daļās.

šīs vides.

Apsveriet gaismas stara laušanu pie jebkuras divas caurspīdīgas vides I un II robežas (sk. att.). Vienosimies, ka II videi ir lielāka laušanas spēja un tāpēc n 1 un n 2- parāda atbilstošās vides refrakciju. Ja vide I nav vakuums vai gaiss, tad gaismas staru kūļa krišanas leņķa attiecība pret laušanas leņķi sin dos relatīvā laušanas koeficienta vērtību n rel. n rel vērtība. var definēt arī kā aplūkojamo nesēju refrakcijas koeficientu attiecību.

n rel. = ----- = ---

Refrakcijas indeksa vērtība ir atkarīga no

1) vielu raksturs

Vielas raksturu šajā gadījumā nosaka tās molekulu deformējamības pakāpe gaismas iedarbībā - polarizējamības pakāpe. Jo intensīvāka ir polarizējamība, jo spēcīgāka ir gaismas laušana.

2)krītošās gaismas viļņa garums

Refrakcijas indeksa mērījumu veic pie gaismas viļņa garuma 589,3 nm (nātrija spektra D līnija).

Refrakcijas indeksa atkarību no gaismas viļņa garuma sauc par dispersiju. Jo īsāks viļņa garums, jo lielāka ir refrakcija. Tāpēc dažāda viļņa garuma stari laužas atšķirīgi.

3)temperatūra kurā tiek veikts mērījums. Refrakcijas koeficienta noteikšanas priekšnoteikums ir temperatūras režīma ievērošana. Parasti noteikšanu veic pie 20±0,3 0 С.

Temperatūrai paaugstinoties, refrakcijas koeficients samazinās, un, temperatūrai pazeminoties, tas palielinās..

Temperatūras korekciju aprēķina, izmantojot šādu formulu:

n t \u003d n 20 + (20-t) 0,0002, kur

n t -čau refrakcijas indekss noteiktā temperatūrā,

n 20 - refrakcijas indekss pie 20 0 С

Temperatūras ietekme uz gāzu un šķidrumu laušanas koeficientu vērtībām ir saistīta ar to tilpuma izplešanās koeficientu vērtībām. Visu gāzu un šķidrumu tilpums karsējot palielinās, blīvums samazinās un līdz ar to indikators samazinās

Refrakcijas indeksu, ko mēra 20 0 C temperatūrā un gaismas viļņa garumu 589,3 nm, norāda indekss. n D 20

Viendabīgas divkomponentu sistēmas refrakcijas indeksa atkarība no tās stāvokļa tiek noteikta eksperimentāli, nosakot laušanas koeficientu vairākām standarta sistēmām (piemēram, šķīdumiem), kuru komponentu saturs ir zināms.

4) vielas koncentrācija šķīdumā.

Daudziem vielu ūdens šķīdumiem ir ticami izmērīti refrakcijas rādītāji dažādās koncentrācijās un temperatūrās, un šajos gadījumos var izmantot atsauces datus. refraktometriskās tabulas. Prakse rāda, ka gadījumos, kad izšķīdušās vielas saturs nepārsniedz 10-20%, kopā ar grafisko metodi ļoti daudzos gadījumos ir iespējams izmantot lineārais vienādojums, piemēram:

n=n o +FC,

n-šķīduma refrakcijas indekss,

Nē ir tīra šķīdinātāja refrakcijas indekss,

C- izšķīdušās vielas koncentrācija, %

F-empīriskais koeficients, kura vērtība ir atrasta

nosakot zināmas koncentrācijas šķīdumu refrakcijas koeficientus.

REFRAKTOMETRI.

Refraktometri ir ierīces, ko izmanto refrakcijas indeksa mērīšanai. Ir 2 šo instrumentu veidi: Abbe tipa refraktometrs un Pulfriha tipa. Gan tajos, gan citos mērījumu pamatā ir refrakcijas ierobežojošā leņķa lieluma noteikšana. Praksē tiek izmantoti dažādu sistēmu refraktometri: laboratorijas-RL, universālie RLU u.c.

Destilēta ūdens refrakcijas indekss n 0 \u003d 1,33299, praksē šis rādītājs tiek uzskatīts par atsauci kā n 0 =1,333.

Refraktometru darbības princips ir balstīts uz laušanas koeficienta noteikšanu ar ierobežojošā leņķa metodi (gaismas kopējā atstarošanas leņķi).

Rokas refraktometrs

Refraktometrs Abbe

Krituma leņķis - stūrisa starp krītošā stara virzienu un perpendikulu saskarnei starp diviem nesējiem, kas rekonstruēti krišanas punktā.

Atstarošanas leņķis - stūris β starp šo perpendikulu un atstarotā stara virzienu.

Gaismas atstarošanas likumi:

1. Krītošais stars, kas ir perpendikulārs saskarnei starp divām vidēm krišanas punktā, un atstarotais stars atrodas vienā plaknē.

2. Atstarošanas leņķis ir vienāds ar krišanas leņķi.

gaismas laušana sauc par gaismas staru virziena maiņu, gaismai pārejot no vienas caurspīdīgas vides citā.

Refrakcijas leņķis - stūrisb starp to pašu perpendikulu un lauztā stara virzienu.

Gaismas ātrums vakuumā Ar \u003d 3 * 10 8 m/s

Gaismas ātrums vidē V< c

Vides absolūtais refrakcijas indekss rāda cik reizes gaismas ātrumsv šajā vidē ir mazāks par gaismas ātrumu Ar vakuumā.

Pirmās vides absolūtais refrakcijas indekss

Otrās vides absolūtais refrakcijas indekss

Absolūtais refrakcijas indekss vakuumam vienāds ar 1

Gaismas ātrums gaisā ļoti maz atšķiras no vērtības ar, tāpēc

Gaisa absolūtais laušanas koeficients pieņemsim, ka vienāds ar 1

Relatīvais refrakcijas indekss parāda, cik reizes mainās gaismas ātrums, kad stars pāriet no pirmās vides uz otro.

kur V 1 un V 2 ir gaismas izplatīšanās ātrumi pirmajā un otrajā vidē.

Ņemot vērā laušanas koeficientu, gaismas laušanas likumu var uzrakstīt kā

kur n 21 – relatīvais refrakcijas indekss otrā vide attiecībā pret pirmo;

n 2 un n 1– Absolūtie refrakcijas rādītāji otrā un pirmā vide

Vides laušanas koeficients attiecībā pret gaisu (vakuums) ir atrodams 12. tabulā (Rimkeviča problēmu grāmata). Vērtības ir norādītas gadījumam gaismas iekļūšana vidē no gaisa.

Piemēram, tabulā atrodam dimanta laušanas koeficientu n = 2,42.

Tas ir refrakcijas indekss dimants pret gaisu(vakuums), tas ir, absolūtajiem refrakcijas rādītājiem:

Gaismas staru pretējā virzienā ir spēkā atstarošanas un laušanas likumi.

No diviem caurspīdīgiem medijiem optiski mazāk blīvs sauca vide ar lielāku gaismas ātrumu vai ar zemāku refrakcijas koeficientu.

Iekrītot optiski blīvākā vidē

refrakcijas leņķis mazāks par krišanas leņķi.

Iekrītot optiski mazāk blīvā vidē

refrakcijas leņķis lielāks krišanas leņķis

Pilnīga iekšējā atspulga

Ja gaismas stari no optiski blīvākas vides 1 krīt uz saskarni ar optiski mazāk blīvu vidi 2 ( n 1 > n 2), tad krišanas leņķis ir mazāks par laušanas leņķia < b . Palielinoties krišanas leņķim, var tuvoties tā vērtībaia pr , kad lauztais stars slīd gar divu datu nesēju saskarni un neietilpst otrajā vidē,

Refrakcijas leņķis b= 90°, kamēr visa gaismas enerģija tiek atspoguļota no saskarnes.

Kopējā iekšējā atstarojuma ierobežojošais leņķis a pr ir leņķis, kurā lauzts stars slīd pa divu nesēju virsmu,

Pārejot no optiski mazāk blīvas vides uz blīvāku vidi, pilnīga iekšējā atstarošana nav iespējama.

USE kodifikatora tēmas: gaismas laušanas likums, kopējā iekšējā atstarošana.

Divu caurspīdīgu datu nesēju saskarnē kopā ar gaismas atstarošanos tiek novērota tās atstarošana. refrakcija- gaisma, pārejot citā vidē, maina izplatīšanās virzienu.

Gaismas stara laušana notiek, kad tā slīps krītot uz saskarnes (lai gan ne vienmēr - lasiet tālāk par kopējo iekšējo atspoguļojumu). Ja stars krīt perpendikulāri virsmai, tad nebūs laušanas - otrajā vidē stars saglabās savu virzienu un arī iet perpendikulāri virsmai.

Laušanas likums (īpašs gadījums).

Sāksim ar konkrēto gadījumu, kad viens no medijiem ir ēters. Šāda situācija ir sastopama lielākajā daļā uzdevumu. Mēs apspriedīsim attiecīgo refrakcijas likuma konkrēto gadījumu, un tad mēs sniegsim tā vispārīgāko formulējumu.

Pieņemsim, ka gaismas stars, kas ceļo pa gaisu, nokrīt slīpi uz stikla, ūdens vai kāda cita caurspīdīga materiāla virsmas. Nokļūstot vidē, stars tiek lauzts, un tā tālākā gaita ir parādīta attēlā. viens .

Krituma punktā tiek novilkts perpendikuls (vai, kā saka, normāli) uz barotnes virsmu. Siju, tāpat kā iepriekš, sauc krītošais stars, un leņķis starp krītošo staru un normālo ir krišanas leņķis. Sija ir lauzts stars; sauc leņķi starp lauzto staru un virsmas normālu refrakcijas leņķis.

Jebkuru caurspīdīgu vidi raksturo daudzums, ko sauc refrakcijas indekssšo vidi. Dažādu mediju refrakcijas koeficientus var atrast tabulās. Piemēram, stiklam un ūdenim. Kopumā jebkurai videi; laušanas koeficients ir vienāds ar vienotību tikai vakuumā. Pie gaisa, tāpēc gaisam ar pietiekamu precizitāti var pieņemt problēmas (optikā gaiss daudz neatšķiras no vakuuma).

Laušanas likums (pāreja "gaiss-vide") .

1) Krītošais stars, lauztais stars un virsmas normāls, kas novilkts krišanas punktā, atrodas vienā plaknē.
2) Krituma leņķa sinusa attiecība pret laušanas leņķa sinusu ir vienāda ar vides refrakcijas indeksu:

. (1)

Tā kā no attiecības (1) izriet, ka , tas ir - laušanas leņķis ir mazāks par krišanas leņķi. Atcerieties: pārejot no gaisa uz vidi, stars pēc refrakcijas tuvojas normālajam.

Refrakcijas indekss ir tieši saistīts ar gaismas ātrumu noteiktā vidē. Šis ātrums vienmēr ir mazāks par gaismas ātrumu vakuumā: . Un izrādās, ka

. (2)

Kāpēc tas notiek, mēs sapratīsim, pētot viļņu optiku. Pa to laiku apvienosim formulas. (1) un (2) :

. (3)

Tā kā gaisa laušanas koeficients ir ļoti tuvu vienībai, mēs varam pieņemt, ka gaismas ātrums gaisā ir aptuveni vienāds ar gaismas ātrumu vakuumā. Ņemot to vērā un aplūkojot formulu . (3), mēs secinām: krišanas leņķa sinusa attiecība pret laušanas leņķa sinusu ir vienāda ar gaismas ātruma gaisā attiecību pret gaismas ātrumu vidē.

Gaismas staru atgriezeniskums.

Tagad apsveriet staru kūļa apgriezto gaitu: tā refrakciju pārejas laikā no vides uz gaisu. Šeit mums palīdzēs šāds noderīgais princips.

Gaismas staru atgriezeniskuma princips. Stara trajektorija nav atkarīga no tā, vai stars izplatās uz priekšu vai atpakaļ. Virzoties pretējā virzienā, stars ies tieši pa to pašu ceļu kā virzienā uz priekšu.

Atbilstoši atgriezeniskuma principam, pārejot no vides uz gaisu, stars iet pa to pašu trajektoriju kā atbilstošās pārejas laikā no gaisa uz vidi (2. att.) Vienīgā atšķirība att. 2 no att. 1 ir tas, ka stara virziens ir mainījies uz pretēju.

Tā kā ģeometriskais attēls nav mainījies, formula (1) paliks nemainīga: leņķa sinusa attiecība pret leņķa sinusu joprojām ir vienāda ar vides refrakcijas indeksu. Tiesa, tagad leņķi ir mainījuši lomas: leņķis ir kļuvis par krišanas leņķi, un leņķis ir kļuvis par laušanas leņķi.

Jebkurā gadījumā neatkarīgi no tā, kā stars virzās - no gaisa uz vidi vai no vides uz gaisu - darbojas šāds vienkāršais noteikums. Mēs ņemam divus leņķus - krišanas leņķi un laušanas leņķi; lielākā leņķa sinusa attiecība pret mazākā leņķa sinusu ir vienāda ar vides laušanas koeficientu.

Tagad mēs esam pilnībā gatavi apspriest refrakcijas likumu vispārīgākajā gadījumā.

Laušanas likums (vispārējs gadījums).

Ļaujiet gaismai pāriet no vides 1 ar refrakcijas indeksu uz vidi 2 ar refrakcijas indeksu. Tiek saukta barotne ar augstu refrakcijas indeksu optiski blīvāks; attiecīgi sauc vidi ar zemāku laušanas koeficientu optiski mazāk blīvs.

Pārejot no optiski mazāk blīvas vides uz optiski blīvāku, gaismas stars pēc refrakcijas tuvojas normālajam (3. att.). Šajā gadījumā krišanas leņķis ir lielāks par laušanas leņķi: .

Rīsi. 3.

Gluži pretēji, pārejot no optiski blīvākas vides uz optiski mazāk blīvu, stars novirzās tālāk no normālā (4. att.). Šeit krišanas leņķis ir mazāks par refrakcijas leņķi:

Rīsi. četri.

Izrādās, ka uz abiem šiem gadījumiem attiecas viena formula – vispārējais laušanas likums, kas ir spēkā jebkuriem diviem caurspīdīgiem medijiem.

Refrakcijas likums.
1) krītošais stars, lauztais stars un saskarnes normāls starp vidēm, kas novilktas krišanas punktā, atrodas vienā plaknē.
2) Krituma leņķa sinusa attiecība pret laušanas leņķa sinusu ir vienāda ar otrās vides refrakcijas indeksa attiecību pret pirmās vides refrakcijas indeksu:

. (4)

Ir viegli redzēt, ka iepriekš formulētais refrakcijas likums pārejai "gaiss-vide" ir īpašs šī likuma gadījums. Patiešām, pieņemot formulā (4) , mēs nonāksim pie formulas (1) .

Tagad atcerieties, ka laušanas koeficients ir gaismas ātruma vakuumā attiecība pret gaismas ātrumu noteiktā vidē: . Aizstājot to ar (4), mēs iegūstam:

. (5)

Formula (5) vispārina formulu (3) dabiskā veidā. Krituma leņķa sinusa attiecība pret laušanas leņķa sinusu ir vienāda ar gaismas ātruma attiecību pirmajā vidē un gaismas ātrumu otrajā vidē.

kopējā iekšējā atspulga.

Kad gaismas stari pāriet no optiski blīvāka vides uz optiski mazāk blīvu, tiek novērota interesanta parādība - pilnīga iekšējā refleksija. Paskatīsimies, kas tas ir.

Precīzāk pieņemsim, ka gaisma no ūdens nonāk gaisā. Pieņemsim, ka rezervuāra dziļumos atrodas punktveida gaismas avots, kas izstaro starus visos virzienos. Mēs apsvērsim dažus no šiem stariem (5. att.).

Sija krīt uz ūdens virsmas mazākajā leņķī. Šis stars ir daļēji lauzts (staurs) un daļēji atstarots atpakaļ ūdenī (staurs). Tādējādi daļa no krītošā stara enerģijas tiek pārnesta uz lauzto staru, bet pārējā enerģija tiek pārnesta uz atstaroto staru.

Stara krišanas leņķis ir lielāks. Arī šis stars ir sadalīts divos staros – lauztajā un atstarotajā. Bet sākotnējā stara enerģija tiek sadalīta starp tiem citādi: lauztais stars būs blāvāks nekā stars (tas ir, tas saņems mazāku enerģijas daļu), un atstarotais stars būs attiecīgi spilgtāks par staru kūli. stars (tas saņems lielāku enerģijas daļu).

Palielinoties krišanas leņķim, var izsekot tādai pašai likumsakarībai: arvien lielāka krītošā staru kūļa enerģijas daļa nonāk atstarotajā starā, bet arvien mazāka - lauztajam staram. Lauztais stars kļūst arvien blāvāks un blāvāks un kādā brīdī pazūd pavisam!

Šī izzušana notiek, kad tiek sasniegts krišanas leņķis, kas atbilst refrakcijas leņķim. Šādā situācijā lauztajam staram būtu jāiet paralēli ūdens virsmai, taču nav ko iet – visa krītošā stara enerģija pilnībā aizgāja atstarotajā starā.

Turpinot palielināt krišanas leņķi, lauztā stara pat nebūs.

Aprakstītā parādība ir kopējā iekšējā atspulga. Ūdens neizstaro ārējos starus, kuru krišanas leņķi ir vienādi vai lielāki par noteiktu vērtību – visi šādi stari pilnībā atstarojas atpakaļ ūdenī. Leņķi sauc kopējā atstarošanas ierobežojošais leņķis.

Vērtību ir viegli atrast no refrakcijas likuma. Mums ir:

Bet, tāpēc

Tātad ūdenim kopējā atstarošanas ierobežojošais leņķis ir vienāds ar:

Jūs varat viegli novērot pilnīgas iekšējās refleksijas fenomenu mājās. Ielejiet glāzē ūdeni, paceliet to un paskatieties uz ūdens virsmu nedaudz no apakšas caur glāzes sieniņu. Jūs redzēsiet sudrabainu spīdumu uz virsmas - pilnīgas iekšējās atstarošanas dēļ tas uzvedas kā spogulis.

Vissvarīgākais pilnīgas iekšējās refleksijas tehniskais pielietojums ir optiskās šķiedras. Optiskajā šķiedru kabelī palaisti gaismas stari ( gaismas ceļvedis) gandrīz paralēli savai asij, nokrīt uz virsmas lielos leņķos un pilnībā, bez enerģijas zuduma, tiek atspoguļoti atpakaļ kabelī. Atkārtoti atstarojoties, stari dodas arvien tālāk un tālāk, pārnesot enerģiju ievērojamā attālumā. Optisko šķiedru sakari tiek izmantoti, piemēram, kabeļtelevīzijas tīklos un ātrgaitas interneta pieslēgumā.