Refractive Index and Dispersion: Pr

Refractive Index and Dispersion: Prism Spectrometer
OBJECTIVES:
The purpose of this experiment is to study the phenomenon of dispersion i.e. to
determine the variation of refractive index of the glass prism as a function of
wavelength and to compare the experimental data with the classical normal
dispersion function
EQUIPMENT:
glass prism, spectrometer, sodium and neon lamp
INTRODUCTION:
The dependence of the velocity of propagation of the wave on the properties of the
medium gives rise to the phenomena of refraction and reflection, which occur when a
wave crosses a surface separating two media, where the wave propagates with
different velocities. The reflection and refraction of waves that occur at surfaces of
discontinuity can be analyzed geometrically using the ray concept when no other
changes happen at the surface. This method is called wave geometry or ray tracing.
In particular, for electromagnetic waves in the visible and near visible regions, it
constitutes geometrical optics, which is a very important branch of applied physics. In
this way we are able to examine optical behavior that does not depend on the nature
of light, but only on the straight-line path it travels. Under the approximation of
geometrical optics we can say that although the light wave spreads as it moves away
from the source, it travels in the straight line.
Refraction is the bending of light that takes place at a boundary between two
materials having different indices of refraction (n1 and n2). Refraction is due to a
change in the speed of light as it passes from one medium to another. No bending of
the incident ray occurs if it strikes the boundary along the normal, which is a
construction line drawn perpendicular to the boundary at the point of incidence.
The incident ray is the ray approaching the boundary. It strikes the boundary at the
point of incidence. The refracted ray is the ray leaving the boundary through the
second medium. The reflected ray is the ray undergoing partial (or total) reflection at
the boundary. The angle of incidence α1 is the angle between the incident ray and
the normal. The angle of reflection α2 is the angle between the normal and the
reflected ray. The angle of refraction β is the angle between the normal and the
refracted ray.
Laws of Reflection and Refraction:
1. The directions of incidence, refraction and reflection ray are all in one plane,
which is normal to the surface of the separation of two media and therefore
contains the normal of the surface.
2. The angle of incidence is equal to the angle of reflection. That is
3. The ratio between the sine of the angle of incidence and the sine of the angle of
refraction is a constant (this ratio is constant for a particular wavelength and a
particular set of materials). This is called Snell's Law and it is expressed by
1
1 2
n
n
sin
sin = β
α
(2.a)
Subscript 1 is customarily used to represent the incident medium. Subscript 2
represents the refractive medium. The Equation (1) is valid regardless of the direction
in which light is traveling through the two media.
The constant ni is called the absolute index of refraction of the medium (i). We define
it to be the ratio of the speed of the light in vacuum c to the speed of the light in that
medium Vi (i.e. ni=c/Vi).
Snell's Law can be written also in the form:
2
1
21
1
V
V
n
sin
sin = = β
α , (2.a)
where n12 is called the relative index of refraction (index of refraction of the medium
(2) relative to the medium (1)), being the ratio of the refractive indices and the ratio of
the speeds of light in two media. Its numerical value depends on the nature of the
wave and on the properties of two media.
If light is traveling from a less refractive medium to a more refractive medium (i.e. n2
> n1), the refracted ray will be bent towards the normal (Figure 1). When a light ray
travels from a more dense (with higher refractive index) to a less dense optical
material, the ray is bent away from normal.
A dispersive medium is one in which different wavelengths λ of light have slightly
different indices of refraction n (i.e. n=n(λ)).
Water, glass, transparent
plastics, and quartz are all
dispersive materials.
Generally, in the case of
normal dispersion, the
shorter wavelengths travel
with slightly smaller wave
velocities than do longer
waves (i.e. refractive index
is decreasing with a
wavelength).
This phenomenon is
characteristic for a
transparent media. As an
example, the index of
refraction for quartz that
varies with the wavelength
in the visible and near-visible region is shown in Figure 2.
In the case of light absorption the anomaly dispersion is observed, what means that
refractive index is increasing as a function of the wavelength.
When a wave is refracted into a dispersive medium which index of refraction
depends on the wavelength, the angle of refraction also depends on the wavelength.
If the incident wave, instead of being monoch

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ดรรชนีหักเหและกระจายตัว: สเปกโตรมิเตอร์ปริซึมวัตถุประสงค์:วัตถุประสงค์ของการทดลองนี้เป็นการ ศึกษาปรากฏการณ์ของการกระจายตัวเช่นการกำหนดรูปแบบของดรรชนีหักเหของแก้วปริซึมเป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่นและ การเปรียบเทียบข้อมูลทดลองกับปกติคลาสสิกฟังก์ชันการกระจายตัวอุปกรณ์:โคมไฟแก้วปริซึม สเปกโตรมิเตอร์ โซเดียม และนีออนแนะนำ:การพึ่งพาของความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นคุณสมบัติของการกลางก่อให้เกิดปรากฏการณ์ของการหักเหและสะท้อน ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีคลื่นข้ามพื้นผิวแยกสองสื่อ ที่แพร่กระจายคลื่นด้วยตะกอนต่าง ๆ การสะท้อนและการหักเหของคลื่นที่เกิดขึ้นที่พื้นผิวของสามารถวิเคราะห์โฮ geometrically โดยใช้แนวคิดเรย์เมื่อใครเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นที่พื้นผิว วิธีนี้เรียกว่าเรขาคณิตคลื่นหรือรังสีติดตามสำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในการมองเห็น และมองเห็น ภูมิภาค โดยเฉพาะ มันถือเลนส์ geometrical ซึ่งเป็นสาขาสำคัญของฟิสิกส์ ในวิธีนี้เราจะสามารถตรวจสอบลักษณะแสงที่ไม่ขึ้นอยู่กับธรรมชาติแสง แต่เฉพาะ บนเส้นทางแบบเส้นตรงมันเล็กเกินไป ภายใต้ประมาณการเครื่องแก้ไขภาพกล้อง geometrical เราสามารถบอกได้ว่า แม้ว่าแพร่กระจายคลื่นแสงเป็น มันย้ายไปจากแหล่งที่มา จะเดินทางเส้นตรงหักเหเป็นแนวโค้งของแสงที่เกิดขึ้นที่เขตแดนระหว่างสองวัสดุที่มีต่าง ๆ ดัชนีความหักเห (n1 และ n2) หักเหจะครบกำหนดเปลี่ยนแปลงความเร็วของแสงที่จะผ่านจากสื่อหนึ่งไปยังอีก ไม่ดัดของเรย์เหตุการณ์เกิดขึ้นถ้ามันนัดขอบตามปกติ ซึ่งเป็นการก่อสร้างบรรทัดวาดเส้นตั้งฉากกับขอบณขณะที่เกิดเรย์เหตุการณ์เรย์ใกล้ขอบเขตนั้น มันนัดขอบเขตในการจุดของการ เรย์ refracted เป็นรังสีที่ออกจากขอบเขตผ่านการปานกลาง 2 แสงสะท้อนคือ แสงสะท้อนบางส่วน (หรือทั้งหมด) ที่ผ่าตัดขอบเขต Α1 อุบัติการณ์ของมุมเป็นมุมระหว่างรังสีเหตุการณ์ และปกติ Α2 สะท้อนของมุมเป็นมุมระหว่างปกติและสะท้อนแสง การหักเหของมุมβเป็นมุมระหว่างปกติและเรย์ refractedกฎของการสะท้อนและหักเห:1.ทิศทางของอุบัติการณ์ การหักเห และสะท้อนแสงได้ในเครื่องบินหนึ่งซึ่งเป็นปกติที่พื้นผิวของแยกของสองสื่อดังนั้นประกอบด้วยปกติของพื้นผิว2.อุบัติการณ์ของมุมเท่ากับมุมของภาพสะท้อน นั่นก็คือ 3. อัตราส่วนระหว่างไซน์ของมุมของอุบัติการณ์และค่าไซน์ของมุมของหักเหมีค่าคง (อัตราส่วนนี้เป็นค่าคงที่สำหรับความยาวคลื่นเฉพาะและเฉพาะชุดของวัสดุ) นี้เรียกว่ากฎหมายของเซี และแสดงโดย11 2nnความบาปบาป =βด้วยกองทัพ(2.a)ตัวห้อย 1 customarily ใช้แทนสื่อเหตุการณ์ ตัวห้อย 2แสดงสื่อจักษุ สมการ (1) มีผลบังคับใช้โดยไม่คำนึงถึงทิศทางแสงที่เดินทางผ่านสื่อ 2Ni คงเรียกว่าการหักเหของดัชนีแบบสัมบูรณ์ของกลาง (i) เรากำหนดให้ อัตราส่วนของความเร็วของแสงในสูญญากาศ c เพื่อความเร็วของแสงในที่Vi ขนาดกลาง (เช่น ni = c/วี)กฎหมายของเซีเขียนได้นอกจากนี้ในแบบฟอร์ม:21211VVnความบาปบาป==βด้วยกองทัพ (2.a)ที่ n12 คือการสัมพันธ์ดัชนีความหักเห (ดัชนีความหักเหของตัวกลาง(2) สัมพันธ์กับสื่อ (1)), อัตราส่วนของดัชนี refractive และอัตราส่วนของความเร็วของแสงในสองสื่อ ค่าของตัวเลขขึ้นอยู่กับลักษณะของการคลื่น และคุณสมบัติของสื่อ 2ถ้าแสงเดินทางจากตัวกลางหักเหน้อยปานกลางหักเหมากขึ้น (เช่น n2> n1), เรย์ refracted ที่จะงอไปทางปกติ (รูปที่ 1) เมื่อไฟเรย์ การเดินทางจากความหนาแน่นมาก (กับดรรชนีสูง) จะหนาแน่นน้อยแสงวัสดุ เรย์ที่ตั้งใจจะออกไปจากปกติสื่อ dispersive เป็นหนึ่งในความยาวคลื่นที่แตกต่างกันλของแสงได้เล็กน้อยn การหักเหของดัชนีต่าง ๆ (เช่น n=n(λ))น้ำ แก้ว โปร่งใสพลาสติก และควอตซ์ที่มีวัสดุ dispersiveทั่วไป ในกรณีของกระจายตัวปกติ ตัวความยาวคลื่นที่สั้นลงการเดินทางมีคลื่นเล็กตะกอนมากกว่าทำอีกต่อไป(เช่นดรรชนีหักเหของคลื่นลดลงด้วยการความยาวคลื่น)ปรากฏการณ์นี้ลักษณะในการโปร่งใสสื่อ เป็นการตัวอย่าง จำนวนหักเหสำหรับควอตซ์ที่ความยาวคลื่นแตกต่างกันไปในการมองเห็น และใกล้ เห็นภูมิภาคมีแสดงในรูปที่ 2ในกรณีที่ดูดซึมแสง ช่วยกระจายตัวแล้วหรือไม่ สิ่งหมายความ ว่าเพิ่มดรรชนีเป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่นเมื่อ refracted คลื่นเป็นสื่อ dispersive ที่หักเหของดัชนีขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น การหักเหของมุมยังขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นถ้าเหตุการณ์คลื่น แทนที่จะถูก monoch

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ดัชนีหักเหและกระจาย: ปริซึม Spectrometer
วัตถุประสงค์: วัตถุประสงค์ของการทดลองนี้คือการศึกษาปรากฏการณ์เช่นการกระจายตัวเพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของดัชนีหักเหของปริซึมแก้วเป็นหน้าที่ของความยาวคลื่นและเปรียบเทียบข้อมูลการทดลองที่มีปกติคลาสสิกฟังก์ชั่นการกระจายตัวอุปกรณ์: ปริซึมแก้วสเปกโตรมิเตอร์, โซเดียมและหลอดไฟนีออนบทนำ: การพึ่งพาอาศัยของความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นในคุณสมบัติของที่กลางก่อให้เกิดปรากฏการณ์ของการหักเหและการสะท้อนที่เกิดขึ้นเมื่อคลื่นข้ามพื้นผิวที่แยกสองสื่อที่คลื่นแพร่กระจายด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน การสะท้อนและการหักเหของคลื่นที่เกิดขึ้นในพื้นผิวของต่อเนื่องสามารถวิเคราะห์เรขาคณิตใช้แนวคิดรังสีอื่น ๆ เมื่อไม่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นที่พื้นผิว วิธีการนี้เรียกว่าคลื่นหรือรูปทรงเรขาคณิต ray ติดตาม. โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในที่มองเห็นและมองเห็นได้ใกล้ภูมิภาคก็ถือว่าเลนส์เรขาคณิตซึ่งเป็นสาขาที่สำคัญมากของฟิสิกส์ประยุกต์ ในวิธีนี้เราสามารถที่จะตรวจสอบพฤติกรรมของแสงที่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับลักษณะของแสงแต่บนเส้นทางเส้นตรงที่มันเดินทาง ภายใต้การประมาณของเลนส์เรขาคณิตเราสามารถพูดได้ว่าถึงแม้คลื่นแสงกระจายขณะที่มันเคลื่อนออกไปจากแหล่งที่มาก็เดินทางในเส้นตรง. การหักเหเป็นดัดของแสงที่เกิดขึ้นในเขตแดนระหว่างสองวัสดุที่มีดัชนีที่แตกต่างกันของการหักเห(n1 และ n2) การหักเหเกิดจากการเปลี่ยนแปลงในความเร็วของแสงในขณะที่มันผ่านจากสื่อหนึ่งไปยังอีก ดัดไม่มีray เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเกิดขึ้นถ้ามันนัดเขตแดนตามปกติซึ่งเป็นสายการก่อสร้างวาดตั้งฉากกับเขตแดนที่จุดของอุบัติการณ์ที่. เรย์เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นก็คือเรย์ใกล้เขตแดน มันนัดเขตแดนที่จุดอุบัติการณ์ รังสีหักเหรังสีออกจากเขตแดนที่ผ่านกลางที่สอง รังสีสะท้อนให้เห็นคือเรย์ดำเนินการบางส่วน (หรือทั้งหมด) ที่สะท้อนให้เห็นถึงขอบเขต มุมของα1อุบัติการณ์คือมุมระหว่างรังสีตกกระทบและที่ปกติ มุมของα2สะท้อนคือมุมระหว่างปกติและที่รังสีสะท้อน มุมของβหักเหคือมุมระหว่างปกติและที่เรย์หักเห. กฎของการสะท้อนและการหักเห: 1 อุบัติการณ์ทิศทางของการหักเหและสะท้อนเรย์ที่มีทั้งหมดในหนึ่งเครื่องบินซึ่งเป็นเรื่องปกติที่พื้นผิวของการแยกของทั้งสองสื่อและดังนั้นจึงมีปกติของพื้นผิว. 2 มุมตกกระทบเท่ากับมุมของการสะท้อน นั่นคือ3 อัตราส่วนระหว่างไซน์ของมุมของอุบัติการณ์และไซน์ของมุมของที่หักเหเป็นค่าคงที่(อัตราส่วนนี้เป็นค่าคงที่สำหรับความยาวคลื่นโดยเฉพาะอย่างยิ่งและชุดเฉพาะของวัสดุ) นี้เรียกว่ากฎหมายปราดเปรื่องและมันจะแสดงโดย1 1 2 n n บาปบาป = เบต้าแอลฟา(2.a) ห้อย 1 จะใช้ปรกติจะเป็นตัวแทนของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นกลาง ห้อย 2 แสดงให้เห็นถึงสื่อการหักเหของแสง สมการ (1) มีผลบังคับใช้โดยไม่คำนึงถึงทิศทางในการที่แสงเดินทางผ่านสื่อทั้งสอง. พรรณีคงเรียกว่าดัชนีที่แน่นอนของการหักเหของกลาง (i) เรากำหนดให้เป็นอัตราส่วนของความเร็วของแสงในสูญญากาศคกับความเร็วของแสงในที่ที่กลางVi (เช่นพรรณี = c / Vi). กฎหมายปราดเปรื่องสามารถเขียนในรูปแบบ: 2 1 21 1 V V n บาปบาป = เบต้าแอลฟา(2.a) ที่ n12 เรียกว่าดัชนีความสัมพันธ์ของการหักเหของแสง (ดัชนีหักเหของกลาง(2) เมื่อเทียบกับสื่อ (1)) เป็นอัตราส่วนของดัชนีการหักเหของแสงและ อัตราส่วนของความเร็วของแสงในสองสื่อ ค่าตัวเลขของมันขึ้นอยู่กับลักษณะของคลื่นและคุณสมบัติของทั้งสองสื่อ. ถ้าแสงที่เดินทางมาจากสื่อการหักเหของแสงน้อยที่จะเป็นสื่อการหักเหของแสงมากขึ้น (เช่น n2> n1) รังสีหักเหจะงอไปทางปกติ (รูปที่ 1) เมื่อเรย์แสงเดินทางจากหนาแน่นมากขึ้น (ที่มีดัชนีหักเหสูง) เพื่อแสงความหนาแน่นน้อยกว่าวัสดุรังสีจะงอออกไปจากปกติ. สื่อกระจายซึ่งเป็นหนึ่งในความยาวคลื่นที่แตกต่างของแสงλมีเล็กน้อยดัชนีที่แตกต่างกันของการหักเห n (เช่น n = n (λ)). น้ำแก้วโปร่งใสพลาสติกและควอทซ์มีทั้งหมดวัสดุกระจาย. โดยทั่วไปในกรณีของการกระจายปกติความยาวคลื่นสั้นกว่าการเดินทางที่มีคลื่นขนาดเล็กความเร็วกว่าทำอีกต่อไปคลื่น(เช่นดัชนีการหักเหของแสงจะลดลงที่มีความยาวคลื่น). ปรากฏการณ์นี้เป็นลักษณะที่สื่อความโปร่งใส ในฐานะที่เป็นตัวอย่างเช่นดัชนีของการหักเหของแสงสำหรับควอทซ์ที่แตกต่างกันกับความยาวคลื่นในภูมิภาคที่มองเห็นและมองเห็นใกล้จะแสดงในรูปที่2 ในกรณีของการดูดกลืนแสงกระจายความผิดปกติเป็นที่สังเกตสิ่งที่หมายความว่าดัชนีหักเหจะเพิ่มขึ้นเป็นฟังก์ชั่นของความยาวคลื่น. เมื่อคลื่นหักเหเป็นสื่อที่กระจายดัชนีหักเหขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นมุมของการหักเหยังขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น. ถ้าคลื่นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นแทนที่จะเป็น monoch