El índice de refracción

1. Calificación y unidad
2. Definición
3. Calcular un índice de refracción
4. Determinar una velocidad
5. Influencia de diferentes factores en el índice de refracción
6. Algunos índices de refracción

Calificación y unidad

Se observa un índice de refracción con la letra «n«(Siempre en minúsculas), el medio con el que se relaciona puede indicarse en subíndice o, a veces, entre paréntesis. La del agua se puede observar, por ejemplo, n_agua o n (agua).

Es un número sin unidad. porque se define como la razón de dos cantidades (dos celeridades) de la misma unidad

Definición

El índice de refracción es una cantidad definida para cualquier medio material transparente como la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en este medio.

Dejar n_medio = c_vacio/ c_medio

donde

• c_vacio y c_medio se expresan en la misma unidad (generalmente metro por segundo o kilómetro por segundo).
• «No tiene» ninguna unidad
• c_vacio es 3.00.10⁸ m / so 3.00.10^{5 5} km / s

No existe un medio material donde la luz se propague más rápido que en el vacío, por lo tanto, un índice de refracción siempre es un número mayor o igual a 1.

Calcular un índice de refracción

El cálculo de un índice de refracción se puede hacer usando dos métodos diferentes.

Al explotar la definición del índice de refracción

Es decir, calculando la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la del medio. Este método implica que la velocidad de la luz en el medio es conocida o se puede encontrar a partir de los datos de la situación estudiada.

Usando la segunda ley de Snell-Descartes

Según esta ley, la refracción de un rayo de luz se describe mediante la relación n1.sin (i₁) = n2.sin (i₂) Esta ley se puede usar:

• si el índice buscado es n1 o n2
• si se conoce la segunda pista
• si el ángulo de incidencia (i₁) y el ángulo de refracción (i₂) son conocidos

En estas condiciones, derivamos de ella la expresión del índice de refracción buscado:

n1 = n2.sin (i₂) / sin (i₁)

donde

n2 = n1.sin (i₁) / sin (i₂)

Determinar una velocidad

Dado que el índice de refracción de un medio corresponde a la relación de la celeridad de la luz en el vacío en comparación con la del medio, es posible deducir este último:

n_medio = c_vacio/ c_medio

c_medio.n_medio = c_vacio

c_medio = c_vacio / n_medio

Ejemplo

Dado que el índice de refracción del diamante es n_diamante = 2.42 deducimos:

c_diamante= c_vacio / n_diamante

c_diamante= 3.00.10⁸ / 2.42

c_diamante= 8.77.10^{7 7} m / s

La velocidad de propagación de la luz es 8.77.10^{7 7} m / s en el diamante.

Influencia en la refracción de la luz.

Cuando el índice de refracción de una sustancia es alto, el fenómeno de refracción es más pronunciado durante una transición de la luz entre este medio y el vacío o el aire: la desviación de los rayos de luz es mayor. es decir, se acercan a la normalidad (en la superficie de separación) durante una transición de vacío-material o se alejan más para una transición de vacío de material.

Influencia de diferentes factores en el índice de refracción

El índice de refracción de los medios transparentes depende esencialmente de su densidad, como regla general, cuanto más denso es un medio y mayor es su índice:

• En consecuencia, los gases son los medios con los índices más bajos (cercanos a 1) y siempre más bajos que los de líquidos y sólidos.
• El índice de refracción de los líquidos es generalmente más bajo que el de los sólidos.

De ello se deduce que los diferentes factores que pueden variar la densidad (y, por lo tanto, la densidad) también varían el índice de refracción:

• Un aumento de la temperatura provoca una dilatación durante la cual disminuye la densidad, lo que también induce una disminución del índice de refracción (por el contrario, una disminución de la temperatura induce un aumento del índice)
• Un aumento en la presión provoca la compresión del material (significativamente más marcado para los gases) que se acompaña de un aumento en la densidad y el índice de refracción.
• El índice de una solución (como agua salada o agua azucarada) es mayor cuanto mayor es la concentración de soluto. (En consecuencia, el índice de refracción del agua de mar es más alto que el del agua dulce).

En ciertos entornos materiales, el índice también depende de la longitud de onda de la radiación, generalmente es mayor cuanto más corta es la longitud de onda.

Nota

En una solución, el índice de refracción es una función afín de la concentración de soluto, esta relación es explotada por dispositivos llamados refractómetro para medir la concentración.