▷ Indice de réfraction

Cet article explique ce qu'est l'indice de réfraction en physique. Ainsi, vous trouverez la définition de l'indice de réfraction, comment calculer l'indice de réfraction et, en plus, un tableau avec les valeurs des indices de réfraction des différents matériaux.

Qu'est-ce que l'indice de réfraction ?

L' indice de réfraction d'un milieu est un coefficient qui indique dans quelle mesure la vitesse de la lumière (ou d'autres ondes) est réduite par rapport au vide dans le milieu. L'indice de réfraction sert également à déterminer dans quelle mesure le trajet de la lumière est dévié ou réfracté lorsqu'elle passe d'un milieu à un autre.

De même, l'indice de réfraction nous permet de calculer la variation de la longueur d'onde lorsqu'une onde entre dans un milieu différent, puisque les caractéristiques du milieu à travers lequel une onde se propage affectent non seulement sa vitesse, mais aussi son ambiance.

Cependant, la fréquence d’une onde n’est pas altérée par le milieu dans lequel elle se propage. L’indice de réfraction détermine donc la vitesse et la longueur de l’onde, mais pas sa fréquence.

Formule d'indice de réfraction

L'indice de réfraction est défini comme le quotient entre la vitesse de la lumière dans le vide (c = 3,10 ⁸ m/s) et la vitesse de la lumière dans le milieu (v). Par conséquent, pour calculer l’indice de réfraction, vous devez diviser la vitesse de la lumière dans le vide par la vitesse de la lumière dans le milieu (n=c/v).

La formule pour calculer l’indice de réfraction est donc la suivante :

$n=\cfrac{c}{v}$

Où:

$n$ est l'indice de réfraction du milieu.
$c$ est la vitesse de la lumière dans le vide (3·10 ⁸ m/s).
$v$ est la vitesse de la lumière dans le milieu dans lequel l'indice de réfraction est calculé.

De même, l'indice de réfraction d'un milieu peut également être déterminé en calculant la racine carrée du produit entre la permittivité relative du matériau et la perméabilité électromagnétique relative :

$n=\sqrt{\epsilon_r\cdot \mu_r}$

Où:

$n$ est l'indice de réfraction du milieu.
$\epsilon_r$ est la permittivité relative du matériau.
$\mu_r$ perméabilité électromagnétique relative.

Tableau des valeurs de l'indice de réfraction

Dans le tableau suivant, vous pouvez voir les valeurs d'indice de réfraction de différents médias :

Matériel	Indice de réfraction
Vide	1
Air (0 ºC et 1 bar)	1 0002926
Méthanol (20ºC)	1 329
Eau	1.3330
Acétaldéhyde	1,35
Solution de sucre (30%)	1,38
1-butanol (20 ºC)	1 399
Heptanol (25 ºC)	1 423
Verre	1,45
glycérine	1 473
Benzène (20 ºC)	1 501
Solution de sucre (80%)	1,52
Quartz	1 544
Chlorure de sodium	1 544
Le disulfure de carbone	1,6295
diamant	2.42

L'indice de réfraction et la loi de Snell

La loi de Snell est une loi physique qui relie l'indice de réfraction de deux milieux différents à l'angle d'incidence et à l'angle de réfraction. Ainsi, la loi de Snell est utilisée pour calculer l'angle de réfraction de la lumière lors du croisement d'une surface qui sépare deux milieux d'indice de réfraction différent.

La formule de la loi de Snell est la suivante :

$n_1\cdot \text{sin}(\theta_1)=n_2\cdot \text{sin}(\theta_2)$

Où:

$n_1$ est l'indice de réfraction du milieu sur lequel tombe la lumière.
$\theta_1$ est l'angle que forme le rayon lumineux avec la normale du milieu sur lequel tombe la lumière.
$n_2$ est l'indice de réfraction du milieu dans lequel la lumière est réfractée.
$\theta_2$ est l'angle formé par le rayon lumineux avec la normale du milieu dans lequel la lumière est réfractée.

➤ Voir : Loi de Snell

L'indice de réfraction et la réflexion interne totale

En physique, l' angle critique (ou angle limite) est l'angle obtenu en calculant l'inverse du sinus du quotient entre l'indice de réfraction du milieu dans lequel tombe le rayon lumineux et l'indice de réfraction du milieu dans lequel il est réfracté. .le rayon de lumière

Ainsi, la formule de l’angle critique est la suivante :

$\text{sin}(\theta_c)=\cfrac{n_2}{n_1}$

$\displaystyle \theta_c=\text{arcsen}\left(\frac{n_2}{n_1}\right)$

Où:

$\theta_c$ est l'angle critique.
$n_1$ est l'indice de réfraction du milieu dans lequel tombe la lumière.
$n_2$ est l'indice de réfraction du milieu dans lequel la lumière est réfractée.

Ainsi, lorsque l'angle d'incidence θ ₁ est supérieur à l'angle critique, le rayon lumineux est totalement réfléchi à l'intérieur du milieu qu'il frappe. Autrement dit, si l'angle d'incidence θ ₁ est supérieur à l'angle critique, la lumière n'est pas réfractée mais plutôt réfléchie et donc, au lieu de passer dans l'autre milieu, elle reste à l'intérieur du même milieu.

Ce phénomène physique est appelé réflexion interne totale et se produit lorsque l'angle d'incidence du rayon lumineux est supérieur à l'angle critique, que vous pouvez calculer avec

Qu'est-ce que l'indice de réfraction ?

Formule d'indice de réfraction

Tableau des valeurs de l'indice de réfraction

L'indice de réfraction et la loi de Snell

L'indice de réfraction et la réflexion interne totale

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