2017-03-18 13:03:56

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其他机械工程相关|光学
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编辑分类

光在真空(因为在空气中与在真空中的传播速度差不多,所以一般用在空气的传播速度)中的速度与光在该材料中的速度之比率。材料的折射率越高,使入射光发生折射的能力越强。折射率越高,镜片越薄,即镜片中心厚度相同,相同度数同种材料,折射率高的比折射率低的镜片边缘更薄。折射率与介质的电磁性质密切相关。根据电磁理论,εr和μr分别为介质的相对电容率和相对磁导率。折射率还与波长有关,称色散现象。光由相对光密介质射向相对光疏介质。且入射角大于临界角,即可发生全反射。

基本信息

  • 中文名

    折射率

  • 表达式

    n=sinr/sinβ

  • 应用学科

    物理

  • 适用领域范围

    光学产品生产

  • 测量方法

    偏向角法

折叠 编辑本段 基本介绍

光在空气中的速度与光在该材料中的速度之比率。材料的折射率越高,使入射光发生折射的能力越强。

折射率越高,镜片越薄,即镜片中心厚度相同,相同度数同种材料,折射率高的比折射率低的镜片边缘更薄。

折射率与介质的电磁性质密切相关。

折叠 编辑本段 详细介绍

[绝对折射率]折射率折射率光从真空射入介质发生折射时,入射角γ的正弦值与折射角β正弦值的比值(sinγ/sinβ)叫做介质的“绝对折射率”,简称“折射率”。它表示光在介质中传播时,介质对光的一种特征。

折叠 折射率公式

折射率与波长的关系

同一单色光在不同介质中传播,频率不变而波长不同。以λ表示光在真空中的波长,n表示介质的折射率,则光在介质中的波长λ'为

λ'=λ/n

折叠 绝对折射率

n=sinr/sinβ

设光在某种媒质中的速度为v,由于真空中的光速为c,所以这种媒质的绝对折射率公式

n=c/v

由于光在真空中传播的速度最大,故其它媒质的折射率都大于1。同一媒质对不同波长的光,具有不同的折射率;在对可见光为透明的媒质内,折射率常随波长的减小而增大,即红光的折射率最小,紫光的折射率最大。通常所说某物体的折射率数值多少(例如水为1.33,水晶为1.55,金刚石为2.42,玻璃按成分不同而为1.5~1.9),是指对黄光(波长5893×10^-10米)而言。

折叠 相对折射率

光从介质1射入介质2发生折射时,入射角θ1与折射角θ2的正弦之比n21叫做介质2相对介质1的折射率,即“相对折射率”。因此,“绝对折射率”可以看作介质相对真空的折射率。它是表示在两种(各向同性)介质中光速比值的物理量。

相对折射率公式:n21=sinθ1/sinθ2=n2/n1=v1/v2折射率折射率光学介质的一个基本参量。即光在真空中的速度c与在介质中的相速v之比

真空的折射率等于1,两种介质的折射率之比称为相对折射率。例如,第一介质的折射率为n1,第二介质的折射率为n2,则n21=n2/n1称为第二介质对第一介质的相对折射率。某介质的折射率也是该介质对真空的相对折射率。于是折射定律可写成如下形式

n1sinθi=n2sinθt

折叠 影响折射率的因素

两种介质进行比较时,折射率较大的称光密介质,折射率较小的称光疏介质。折射率折射率折射率与介质的电磁性质密切相关。根据电磁理论,,εr和μr分别为介质的相对电容率和相对磁导率。折射率还与波长有关,称色散现象。手册中提供的折射率数据是对某一特定波长而言的(通常是对钠黄光,波长为5893埃)。气体折射率还与温度压强有关。空气折射率对各种波长的光都非常接近于1,例如空气在20℃,760毫米汞高时的折射率为1.00027。在工程光学中常把空气折射率当作1,而其他介质的折射率就是对空气的相对折射率。

折叠 实验测定

介质的折射率通常由实验测定,有多种测量方法。对固体介质,常用最小偏向角法或自准直法,或通过迈克尔逊干涉仪利用等厚干涉的原理测出;液体介质常用临界角法(阿贝折射仪);气体介质则用精密度更高的干涉法(瑞利干涉仪)。

折叠 编辑本段 测量方法

折叠 偏向角法

对于一个顶角为θ、折射率为n待测的棱镜,将它放在空气中(n1=n2=1)。当棱镜第一表面的入射折射率折射率角i1等于在第二表面的折射角折射率测量时,偏向角达到最小值δmin,则(2)

用测角仪测定 δmin(图1)和θ,便可算出n。

用精度不低折射率折射率于1角秒的大型精密测角仪,采用最小偏向角法测定固体光学材料的折射率,可获得±5×10-6的测量精度,是各种测量方法中精度较高的一种。

折叠 自准直法

在测角仪上也可采用自准直法测量材料的折射率。如图2所折射率折射率示,光线在棱镜前表面的入射角为i,如果折射光线OC刚好垂直于棱镜后表面BD,则反射后的光路COS与入射光路SOC重合,称为自准直光路。由图2所示几何关系知道,此时光线在前表面的折射角i┡与棱镜顶角θ 相等,因此根据折射定律

n=sini/sinθ,

测出i和θ,即可求得n。

在测角仪上通过观察和调整来建立最小偏向角光路或者自准直光路,不仅麻烦,且有主观误差,近年来,中国在数字式测角仪的基础上研制了全自动折射仪,在这种仪器上用最小偏向角法或自准直法测折射率时能自动寻的,测量结果也能自动处理。测定波长范围可扩展到紫外和红外(0.2~15微米)。折射率折射率

临界角法 具有代表性的仪器是阿贝折射仪。 图3表示折射率 n待测的液体试样涂布在该仪器两块棱镜的接触面间(测固体试样时不需要进光棱镜)。 标准棱镜本身的折射率已知为 n0,在n0>n的条件下,光线折射进入标准棱镜。光线入射角不会超过90°,由折射定律知道折射角不会超过 90°。

因此在仪器视场中看到与imax折射率测量对应的明暗分界线,根据明暗分界线位置的变化便可确定 n折射率折射率值。假如光线逆行,则imax折射率测量正好是发生全反射的临界角,因此称为临界角法。

阿贝折射仪的光学系统见图4。在度盘上根据有关公式标出一系列n值,当分划板的叉丝中心对准明暗分界线时,可直接由度盘读出被测试样的n值,使用很方便。阿米奇棱镜用来消除分界线上的色散现象,因此,虽然采用白光而不用单色光源,仍能得到无色而清晰的明暗分界线。阿贝折射仪的折射率测量范围为1.3~1.7,精度Δn=±3×10-4。

折叠 折射率列表

材质颜色 折射率列表 金属 颜色/RGB 漫射 镜面 反射 凹凸%铝箔 180,180,180/ 32 / 90 / 65 / 8

铝箔(纯) 180,180,180/ 50 /45 / 35 / 15

铝 220,223,227/ 35 / 25 / 40 / 15

磨亮的铝 220,223,227/ 35 / 65 / 50 / 12

黄铜 191,173,111/ 40 / 40 / 40 / 20

磨亮的黄铜 194,173,111/ 40 / 65 / 50 / 10 折射率折射率

镀铬合金150,150,150/ 40 / 40 / 25 / 35

镀铬合金2 220,230,240/ 25 / 30 / 50 / 20

镀铬铝 220,230,240/ 15 / 60 / 70 / 10

镀铬塑胶 220,230,240/ 15 / 60 / 85 / 10

镀铬钢 220,230,240/ 15 / 60 / 40 / 5

纯铬 220,230,240/ 15 / 60 / 65 / 5

铜 186,110,64/ 45 / 40 / 65 / 10

18K金 234,199,135/ 45 / 40 / 45 / 10

24K金 218,178,115/ 35 / 40 / 65 / 10

未精炼的金255,180,66/ 35 / 40 / 15 / 25

黄金 242,192,86/ 45 / 40 / 25 / 10

石墨 87,33,77/ 42 / 90 / 15 / 10

铁 118,119,120/ 35/ 50 / 25 / 20

铅锡锑合金 250,250,250/ 30 / 40 / 15 / 10

银 233,233,216/ 15 / 90 / 45 / 15

钠 250,250,250/ 50 / 90 / 25 / 10

废白铁罐 229,223,206/ 30 / 40 / 45/ 30

不锈钢 128,128,126/ 40 / 50 / 35 / 20

磨亮的不锈钢220,220,220/ 35 / 50 / 25 / 35

锡 220,223,227/ 50 / 90 / 35 / 20

材质 颜色/RGB 漫射 镜面 反射 凹凸%

净化瓶 27,108,131 /90 /60 /5 / 20

泡沫橡胶 54,53,53 /95 /30 /3 / 90

合成材料 20,20,20 /80 /30 /5 / 20

合成材料(粗糙)25,25,25 /60 /40 /5 / 20

合成材料(光滑)38,38,38 /60 /30 /10 / 10

合成材料(纯) 25,25,25 /92 /40 /15 / 30

橡胶 20,20,20 /80 /30 /5 / 10

塑料(60&透明) 63,108,86 /90 /90 /35 / 10

塑料(高光泽) 20,20,20 /70 /90 /15 / 5

塑料(硬而亮) 20,20,20 /80 /80 /10 / 15

塑料(糖衣) 200,10,10 /80 /30 /5 / 10

塑料(巧克力色)67,40,18 /90 /30 /5 / 15

橡胶 30,30,30 /30 /20 /0 / 50

橡胶纽扣 150,150,150/60 /20 /0 / 30

乙烯树脂 45,45,45 /60 /40 /15 / 30

光源 K

烛焰 1500

家用白织灯 2500-3000

60瓦充气钨丝灯 2800

100瓦钨丝灯 2950

1000瓦钨丝灯 3000

500瓦透影灯 2865

500瓦钨丝灯 3175

琥伯闪光信号灯 3200

R32反射镜泛光灯 3200

锆制的浓狐光灯 3200

1,2,4号泛光灯 3400

反射镜泛光灯 3400

暖色白荧光灯 3500

冷色白荧光灯 4500

白昼的泛光灯 4800

白焰碳弧灯 5000

M2B闪光信号灯 5100

正午的日光 5400

夏季的直射日光 5800

10点至15点的直射日光 6000

白昼的荧光灯 6500

正午晴空的日光 6500

阴天的光线 6800-7000

来自灰蒙天空的光线 7500-8400

来自晴朗蓝天的光线 10000-20000

在水域上空的晴朗蓝天 20000-27000

材质 折射率

真空 1.0000折射率折射率空气 1.0003

液态二氧化碳1.2000

冰 1.3090

水 1.3333

丙酮 1.3600

乙醇1.3600

糖溶液(30%) 1.3800

酒精1.3900

萤石1.4340

融化的石英1.4600折射率折射率Calspar2 1.4860

糖溶液(80%) 1.4900

玻璃 1.5000

玻璃,锌冠 1.5170

玻璃,冠 1.5200

氯化钠 1.5300

氯化钠(食盐)1 1.5440

苯乙烯1.5500

石英2 1.5530折射率折射率绿宝石1.5700

轻火石玻璃1.5750

青金石,杂青金石 1.6100

黄玉1.6100

二硫化碳 1.6300

石英1 1.6440

氯化钠(食盐)2 1.6440

重火石玻璃 1.6500折射率折射率Calspar2 1.6600

二碘甲烷1.7400

红宝石1.7700

蓝宝石 1.7700

超重火石玻璃 1.8900

水晶 2.0000

氯氧化铋 2.15

钻石2.4170

氧化铬

2.7050

非晶质硒 2.2920

晶体3.3400

巧克力 15. 5. 0 88. 29. 0 255.223.220 70 40

红塑料 48. 0. 0 255. 0. 0 255.255.255 100 68

折叠 编辑本段 相关介绍

折叠 全反射

[全反射]光由相对光密介质射向相对光疏介质.且入射角大于等于临界角.即可发生全反射.折射率折射率[临界角(C)]使折射角等于90度的入射角.

[公式]n1/n2=sin90°/sinC

因为空气的折射率n=1,所以由某介质向空气入射则简化为1/n=sinC.

折叠 光色散

对于不同的波长,介质的折射率n(λ)也不同,这叫做光色散。折射率与波长或者频率的关系称为光的色散关系。常用的折射率有:

nd是介质在方和菲光谱d(氦黄线587.56纳米)的折射率。

nF是介质在方和菲光谱F(氢蓝线486.1纳米)的折射率。

nC是介质在方和菲光谱C(氢红线656.3纳米)的折射率。

ne是介质在方和菲光谱e(汞绿线546.07纳米)的折射率。

测定折射率的意义

折射率是物质的一种物理性质。它是食品生产中常用的工艺控制指标,通过测定液态食品的折射率.可以鉴别食品的组成,确定食品的浓度,判断食品的纯净程度及品质。 蔗糖溶液的折射率随浓度增大而升高。通过测定折射率可以确定糖液的浓度及饮料、糖水罐头等食品的糖度,还可以测定以糖为主要成分的果汁、蜂蜜等食品的可溶性固形物的含量。 各种油脂具有其一定的脂肪酸构成,每种脂肪酸均有其特定的折射率。含碳原子数目相同时不饱和脂肪酸的折射率比饱和脂肪酸的折射率大得多;不饱和脂肪酸分子量越大,折射率也越大;酸度高的油脂折射率低。因此测定折射率可以鉴别油脂的组成和品质。 正常情况下,某些液态食品的折射率有一定的范围,如正常牛乳乳清的折射率在正1.34199~1.34275之间,当这些液态食品因掺杂、浓度改变或品种改变等原因而引起食品的品质发生了变化时,折射率常常会发生变化。所以测定折射率可以初步判断某些食品是否正常。如牛乳掺水,其乳清折射率降低,故测定牛乳乳清的折射率即可了解乳糖的含量,判断牛乳是否掺水。    

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