屈折率

コメントを残す / によるジョナサン・レイノルズ / 6月 17, 2023

この記事では、物理学における屈折率とは何かについて説明します。したがって、屈折率の定義、屈折率の計算方法、さらに、さまざまな材料の屈折率の値を含む表が見つかります。

屈折率とは何ですか?

媒質の屈折率は、媒質内の真空と比較して光 (または他の波) の速度がどの程度低下するかを示す係数です。屈折率は、光が媒体から媒体に通過するときに光の経路がどの程度偏向または屈折するかを決定するためにも使用されます。

同様に、波が伝播する媒体の特性はその速度だけでなく雰囲気にも影響を与えるため、屈折率を使用すると、波が異なる媒体に入ったときの波長の変化を計算できます。

ただし、波の周波数は、それが伝播する媒体によって変化しません。したがって、屈折率は波の速度と長さを決定しますが、周波数は決定しません。

屈折率の計算式

屈折率は、真空中の光の速度 (c = 3.10 ⁸ m/s) と媒質中の光の速度 (v) の商として定義されます。したがって、屈折率を計算するには、真空中の光の速度を媒質中の光の速度で割る必要があります (n=c/v)。

したがって、屈折率の計算式は次のようになります。

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

金：

$n$

媒質の屈折率です。
$c$

は真空中の光の速度です (3・10 ⁸ m/s)。
$v$

は、屈折率が計算される媒体内の光の速度です。

同様に、媒体の屈折率は、材料の比誘電率と比電磁透過率の積の平方根を計算することによっても決定できます。

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

金：

$n$

媒質の屈折率です。
$\epsilon_r$

材料の比誘電率です。
$\mu_r$

相対電磁透過率。

屈折率値表

次の表では、さまざまな媒体の屈折率の値を確認できます。

材料	屈折率
空の	1
空気 (0 °C、1 bar)	1 0002926
メタノール(20℃)	1,329
水	1.3330
アセトアルデヒド	1.35
砂糖水(30%)	1.38
1-ブタノール (20℃)	1,399
ヘプタノール (25℃)	1,423
ガラス	1.45
グリセリン	1,473
ベンゼン(20℃)	1,501
砂糖水(80%)	1.52
石英	1,544
塩化ナトリウム	1,544
二硫化炭素	1.6295
ダイヤモンド	2.42

屈折率とスネルの法則

スネルの法則は、2 つの異なる媒質の屈折率を入射角と屈折角に関係付ける物理法則です。したがって、スネルの法則は、屈折率の異なる 2 つの媒体を分離する表面を通過するときの光の屈折角を計算するために使用されます。

スネルの法則の公式は次のとおりです。

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

金：

$n_1$

光が当たる媒体の屈折率です。
$\theta_1$

は、光が当たる媒体の法線と光線とによって形成される角度です。
$n_2$

光が屈折する媒質の屈折率です。
$\theta_2$

θは、光線が屈折する媒体の法線と成す角度です。

スネルの法則、屈折率

➤参照:スネルの法則

屈折率と全反射

物理学における臨界角 (または限界角) は、光線が入射する媒体の屈折率と光線が屈折する媒体の屈折率の商の正弦の逆数を計算することによって得られる角度です。。 .光線

したがって、臨界角の公式は次のようになります。

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

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

金：

$\theta_c$

は臨界角です。
$n_1$

は光が入る媒体の屈折率です。
$n_2$

光が屈折する媒質の屈折率です。

したがって、入射角θ _１が臨界角より大きい場合、光線は、それが当たる媒体の内部で完全に反射される。換言すれば、入射角θ _１が臨界角より大きい場合、光は屈折されず、むしろ反射されるため、他の媒質を通過する代わりに、同じ環境内に留まる。

全内部反射

この物理現象は全内部反射と呼ばれ、光線の入射角が臨界角よりも大きい場合に発生します。臨界角は次のように計算できます。

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