Indeks loma
Indeks loma (oznaka n) je bezdimenzionalna fizikalna veličina koja opisuje međudjelovanje svjetlosti i optički prozirne tvari, a definirana je kao omjer brzine svjetlosti u vakuumu c i brzine svjetlosti u tvari v:
Posljedica je promjene brzine svjetlosti promjena pravca njezina širenja pri prelasku iz jednoga optičkog sredstva u drugo. Što je indeks loma veći, veća je promjena pravca, odnosno veći je lom svjetlosti (refrakcija). Indeks loma može se s pomoću Snelliusova zakona odrediti iz geometrijskih odnosa kutova zraka svjetlosti prema površini sredstva u kojem dolazi do loma:
gdje je: θ1 - upadni kut prema okomici na površinu sredstva, θ1 - kut loma, n1 - indeks loma optičkoga sredstva iz kojega svjetlost dolazi, a n2 - indeks loma optičkoga sredstva u koje svjetlost ulazi. Često se rabi relativni indeks loma, koji je jednak omjeru indeksa loma dvaju sredstava:
Svjetlost se u nekoj tvari širi brzinom:
gdje je: εr - relativna dielektrična permitivnost tvari, a μr - relativna magnetska permeabilnost. Kako za relativnu magnetsku permeabilnost u optički prozirnom sredstvu vrijedi μr ≈ 1, proizlazi da indeks loma ovisi samo o relativnoj dielektričnoj permitivnosti:
Međutim, za mnoge tvari dolazi do odstupanja od toga izraza, zbog postojanja električnih dipola u dielektricima i ovisnosti relativne dielektrične permitivnosti o frekvenciji svjetlosti.[1]
Indeks loma materijala je broj koji pokazuje koliko puta je brzina svjetlosti u nekoj sredini manja od brzine u vakuumu. Lom je najočiglednija manifestacija promjene brzine svjetlosti elektromagnetskog zračenja pri prelasku iz jedne sredine u drugu.
Indeks loma zavisi od frekvencije svjetlosti što se eksperimentalno pokazuje u pojavi spektra kada se zrak polikromatske (bijele) svjetlosti propusti kroz prizmu.
Indeks loma je važna osobina materijala i mjeri se pomoću refraktometra.
Indeks loma nekih materijala
Brzina svjetlosti je u vakuumu c = 300 000 km/s, a brzina svjetlosti u vodi c2 = 3/4 c, pa je indeks loma za vodu:
Brzina svjetlosti u staklu je približno 2/3 brzine svjetlosti u vakuumu, pa je indeks loma za staklo 3/2 = 1,5. Indeks loma za led je 1,31, za kvarcno staklo od 1,7 do 1,9, za krunsko staklo 1,51. Što je indeks loma neke tvari veći, to se svjetlost u toj tvari jače lomi. Kad zraka svjetlosti prelazi iz vakuuma u bilo koje prozirno sredstvo, ona se lomi prema okomici. Svjetlost ima najveću brzinu u vakuumu, a manju u svim drugim prozirnim sredstvima.[2]
Materijal | λ (nm) | n | Ref. |
---|---|---|---|
Vakuum | 1 (po definiciji) | ||
Zrak kod standardnih uvjeta | 1,000277 | ||
Plinovi kod 0 °C i 1 atm | |||
Zemljina atmosfera | 589,29 | 1,000293 | [3] |
Ugljikov dioksid | 589,29 | 1,001 | [4][5][6] |
Helij | 58,.29 | 1,000036 | [3] |
Vodik | 589,29 | 1,000132 | [3] |
Tekućine kod 20 °C | |||
Arsenijev trisulfid i sumpor u metilenovom jodidu | 1,9 | [7] | |
Benzen | 589,29 | 1,501 | [3] |
Ugljikov disulfid | 589,29 | 1,628 | [3] |
Ugljikov tetraklorid | 589,29 | 1,461 | [3] |
Etanol (alkohol) | 589,29 | 1,361 | [3] |
Silicijevo ulje | 1,336–1,582 | [8] | |
Voda | 589,29 | 1,330 | [3] |
10% otopina glukoze u vodi | 589,29 | 1,3477 | [9] |
20% otopina glukoze u vodi | 589,29 | 1,3635 | [9] |
60% otopina glukoze u vodi | 589,29 | 1,4394 | [9] |
Krutine na sobnoj temperaturi | |||
Titanijev dioksid (rutil) | 589,29 | 2,614 | [10][11] |
Dijamant | 589,29 | 2,419 | [3] |
Silicijev karbid (moisanit) | 2,65–2,69 | ||
Stroncijev titanat | 589,29 | 2,41 | [12] |
Jantar | 589,29 | 1,55 | [3] |
Silicijevo staklo | 589,29 | 1,458 | [3][13] |
Natrijev klorid | 589,29 | 1,544 | [14] |
Ostali materijali | |||
Ukapljeni helij | 1,025 | ||
Vodeni led | 1,31 | ||
TFE/PDD (Teflon AF) | 1,315 | [15][16] | |
Kriolit | 1,338 | ||
Aceton | 1,36 | ||
Etanol | 1.36 | ||
Politetrafluoretilen (teflon) | 1,35–1,38 | [17] | |
Otopina šećera, 25% | 1.3723 | [18] | |
Rožnica (ljudska) | 1,373/1,380/1,401 | [19] | |
Leća (ljudska) | 1,386–1,406 | ||
Kerozin | 1,39 | ||
Otopina šećera, 50% | 1,4200 | [18] | |
Pyrex (borosilikatno staklo) | 1,470 | [20] | |
Glicerol | 1,4729 | ||
Otopina šećera, 75% | 1,4774 | [18] | |
Akrilno staklo | 1,490–1,492 | ||
Krunsko staklo (čisto)] | 1,50–1,54 | ||
Halit (kamena sol) | 1,516 | ||
Polietilentereftalat (PET) | 1,5750 | ||
Polikarbonati | 1,60 | ||
Flintsko staklo (čisto) | 1,60–1,62 | ||
Brom | 1,661 | ||
Flintsko staklo (nečisto) | 1,523–1,925 | ||
Safir | 1,762–1,778 | ||
Borov nitrid | 2-2,14 | [21] | |
Cirkonijev dioksid | 2,15–2,18 | [22] | |
Kalijev niobate (KNbO3) | 2,28 | ||
Cinkov oksid | 390 | 2,4 | |
Cinabarit (živin sulfid) | 3,02 | ||
Silicij | 1200 - 8500 | 3,42–3,48 | [23] |
Galij(III) fosfid | 3,5 | ||
Galij(III) arsenid | 3,927 | ||
Germanij | 3000 - 16000 | 4,05–4,01 | [24] |