Inhoudsopgave
De brekingsindex is een kritische waarde die veel zegt over een medium en de interactie van licht ermee; hij bepaalt hoeveel licht wordt afgebogen of gebroken wanneer het een materiaal binnenkomt. De brekingsindex is een cruciale factor in de onderdelen van elk optisch instrument. Hij maakt de constructie mogelijk van lenzen, die het licht scherp stellen om echte beelden te vormen.
De brekingsindex is de verhouding tussen twee verschillende snelheden en is gewoonlijk groter dan 1. De brekingsindex van lucht lijkt sterk op de brekingsindex van een vacuüm, wat helpt bij het berekenen van de brekingsindex van andere media.
Hoe werkt het?
Wat is refractie?
Breking wordt beschreven als de buiging van een lichtgolf wanneer deze door twee transparante media van verschillende dichtheid gaat, veroorzaakt door de verandering in de snelheid van de golf.
Image Credit: BlackFarm, Shutterstock
Wat is een brekingsindex?
De brekingsindex, ook wel de brekingsindex genoemd, meet hoe snel lichtstralen door een bepaald medium reizen. Het kan ook meten hoe een lichtstraal buigt als hij tussen verschillende media gaat.
Omdat hij kan worden voorgesteld als een verhouding van twee verschillende snelheden, de lichtsnelheid in vacuüm (c) en de lichtsnelheid (v) in een bepaald medium, is de brekingsindex een dimensieloze grootheid, gewoonlijk weergegeven door n=
De waarde van de brekingsindex is gewoonlijk groter dan of gelijk aan één. De lichtsnelheid in een vacuüm is altijd groter dan de lichtsnelheid in een bepaald medium. Hoe hoger de brekingsindex van een medium, hoe langzamer het licht erdoorheen reist.
Het begrip brekingsindex is niet alleen van toepassing in de optica, maar ook in het gehele elektromagnetische spectrum, van röntgenstralen tot radiogolven, en kan in feite worden toegepast op golven zoals geluidsgolven.
Wetten van breking
Volgens de wetten van breking:- De invallende straal, de gereflecteerde straal en de normaal liggen allemaal in hetzelfde vlak.
- De sinus van de invalshoek en de sinus van de brekingshoek zijn constant.
De wet van Snell
De wet van Snell in de optica is een verband tussen de weg die een lichtstraal aflegt bij het overschrijden van de scheidingsgrens tussen twee met elkaar in contact staande stoffen en hun respectieve brekingsindexen.
Image Credit: BlackFarm, Shutterstock
Wat zijn de verschillende soorten brekingsindexen?
Er zijn twee soorten brekingsindexen: de absolute brekingsindex en de relatieve brekingsindex.
Zie ook: 5 DIY kardinaal vogelhuisje plannen die je vandaag kunt makenHet type brekingsindex wordt bepaald door de twee media waar het licht doorheen reist. De relatieve brekingsindex beschrijft de verandering in snelheid van het licht als het van het ene medium naar het andere reist. De absolute brekingsindex heeft één materiaalmedium en één vacuüm met een lichtsnelheid van 3 × m/s.
Wanneer lichtstralen van een zeldzamer medium naar een dichter medium reizen, hebben zij de neiging naar de normaal te buigen, terwijl zij, wanneer zij van een dichter naar een zeldzamer medium reizen, op het punt van inval van de normaal af buigen. Ook de snelheid in lucht is vrijwel identiek aan die in vacuüm, met slechts een klein verschil. Zoals de naam al aangeeft, geeft de absolute brekingsindex een ruwe schatting van de optische dichtheidvan het gegeven materiaal.
Wat is de brekingsindex van lucht?
De verhouding tussen de lichtsnelheid in een vacuüm en de lichtsnelheid in lucht wordt gedefinieerd als de brekingsindex van lucht. De brekingsindex van lucht ligt dicht bij, maar is groter dan 1. De brekingsindex van lucht is 1,0003, wat erg lijkt op de brekingsindex in een vacuüm (1,0000), zodat deze indices vaak door elkaar worden gebruikt.
De brekingsindex van lucht is een vast getal. Er zijn echter kleine variaties in de waarde van de brekingsindex van lucht als bepaalde grootheden veranderen.
De volgende factoren beïnvloeden de brekingsindex:- Lichtgolflengte: De brekingsindex van lucht varieert met de golflengte. Wanneer wit licht door een prisma gaat, verspreidt het kleuren omdat licht van verschillende kleuren met verschillende golflengten een verschillende brekingsindex heeft en daarom onder verschillende hoeken buigt.
- Temperatuur: De brekingsindex wordt gewoonlijk berekend bij kamertemperatuur en -druk, maar de waarde van de brekingsindex kan worden beïnvloed door een aanzienlijke verandering in temperatuur. Als de temperatuur stijgt, wordt het medium minder dicht. De lichtsnelheid neemt toe, en de brekingsindex neemt af. Als de temperatuur daalt, wordt het medium dichter. Daarom wordt de lichtsnelheidneemt af. Daardoor stijgt de brekingsindex.
Image Credit: enasak, Shutterstock
Hoe de brekingsindex van lucht te berekenen
In een vacuüm wordt de lichtsnelheid geschat op 2,99792458 x m/s, en de experimenteel bepaalde lichtsnelheid in lucht is 2,99704644 x m/s. In dit geval komt het licht vanuit de ruimte de aardatmosfeer binnen om de brekingsindex van lucht te bepalen.
Bijgevolg is de brekingsindex van licht in de lucht ten opzichte van het vacuüm ongeveer 1,0003. De brekingsindex van lucht wordt verondersteld "1" te zijn in de meeste berekeningen waarbij de cijfers achter de komma niet belangrijker zijn.
Toepassingen van de brekingsindex van lucht
De brekingsindex van lucht kan worden gebruikt voor:- Het bepalen van de zuiverheid van lucht.
- Berekening van de relatieve brekingsindex van andere media zoals glas, water en metaal, omdat de brekingsindexen van lucht en vacuüm bijna identiek zijn.
- Het analyseren van de concentratie van giftige gassen in de lucht.
- Schatting van het vochtgehalte van de lucht.
Vaak gestelde vragen (FAQ's)
Is de brekingsindex van lucht groter dan één?
De brekingsindex is altijd groter dan één.
Image Credit: optimarc, Shutterstock
Is de brekingsindex van lucht afhankelijk van de temperatuur?
De brekingsindex wordt niet alleen beïnvloed door de temperatuur, maar ook door de druk, de samenstelling en vooral de golflengte van het licht.
Gaat licht van glas naar lucht?
Omdat glas dichter is dan lucht, vertraagt een lichtstraal die erdoorheen gaat. Als de straal de grens onder een hoek met de normaal raakt, buigt hij naar de normaal toe.
Image Credit: optimarc, Shutterstock
Zie ook: Wat is een telelens? Uitleg over de basis van fotografieWat is de brekingsindex van water?
De brekingsindex van water is 1,333.
Welke stof heeft de hoogste brekingsindex?
Diamant heeft de hoogste, met een waarde van 2,42.
Image Credit: Pakumi36, Shutterstock
Voorbeelden van brekingsindex
In de volgende tabel staan enkele van de meest gebruikte media met bekende brekingsindexen:
| Materiaal | Refractie-index |
| Lucht | 1.0003 |
| Vacuüm | 1.000 |
| Water | 1.333333 |
| IJs | 1.31 |
| Diamant | 2.417 |
| Glas | +- 1.5 |
| Ruby | 1.7 |
Samenvattend
Breking treedt op wanneer licht reist tussen twee transparante media met twee verschillende dichtheden. Wanneer licht door een medium reist, verandert zijn snelheid afhankelijk van de aard van het medium. De brekingsindex beschrijft hoeveel een lichtstraal van richting en snelheid verandert wanneer hij van het ene medium naar het andere reist.
De brekingsindex van lucht wordt beïnvloed door de temperatuur en de golflengte. De brekingsindex van lucht ligt dicht bij maar net boven 1, wat erg lijkt op een vacuüm. De brekingsindex van lucht is 1,0003. Omdat de brekingsindex van lucht dicht bij die van een vacuüm ligt, kan deze worden gebruikt om de brekingsindex van andere materialen te berekenen.
Zie ook:
- Wat is de brekingsindex van glas? (Volledig overzicht!)
- Wat is de brekingsindex van water? Alles wat u moet weten!
- //www.chegg.com/learn/physics/introduction-to-physics/index-of-refraction-of-air
- //iopscience.iop.org/article/10.1088/0026-1394/2/2/002
- //hypertextbook.com/facts/2005/MayaBarsky.shtml
- //www.scienceabc.com/pure-sciences/what-index-of-refraction-defintion-examples-water-air-glass.html
- //www.aakash.ac.in/blog/what-is-the-refractive-index-cbse-class-10-physics/
Uitgelichte afbeelding: Andy119, Shutterstock