Lom světla

Lom světla, index lomu

Rychlost elektromagnetického záření je nejvyšší ve vakuu, v každém jiném prostředí se šíří pomaleji. (Nadále budeme uvažovat pouze paprsek záření z viditelné částí elektromagnetického spektra a nazývat jej světlo.)

Prochází-li paprsek světla z jednoho optického prostředí do druhého, částečně se na rozhraní obou prostředí odráží a částečně vniká do druhého optického prostředí, přitom mění na rozhraní těchto prostředí svou rychlost a směr šíření - hovoříme o lomu světla. Úhel dopadu se označuje α, úhel lomu se označuje β.

Obr. 1: Lom světla při průchodu různými optickými prostředími

Vstupuje-li paprsek z opticky řidšího prostředí do opticky hustšího, láme se ke kolmici. Prochází-li paprsek z opticky hustšího prostředí do řidšího, láme se od kolmice.

Poměr rychlostí světla v prvním a druhém optickém prostředí, kterými se paprsek šíří, se nazývá index lomu a označuje se n. Jestliže paprsek prochází z vakua do jiného prostředí, pak se poměr rychlostí nazývá absolutní index lomu a označuje se N. Průchod světla mezi dvěma odlišnými prostředími se nazývá relativní index lomu.

Obr. 2: Znázornění změn směru šíření paprsku při průchodu dvěma optickými prostředími s různým úhlem dopadu na rozhraní obou prostředí (zleva): 0°, (0°, 90°), 90°. Na obrázku je znázorněna situace, kdy 1. optické prostředí je řidší než 2. optické prostředí

Na základě znalostí o lomu světla můžeme vysvětlit například tyto jevy:

• vznik duhy při dešti,
• zdánlivou polohu objektů pod vodou, která je odlišná od jejich skutečné polohy,
• zdánlivé zlomení rovné tyče, když je částečně ponořena ve vodě v jiné než kolmé poloze.

Prohlédněte si výukové video, které vysvětluje výše uvedené jevy a mimo jiné ukazuje také domácí experiment, při němž můžete pozorovat lom světla.

Snellův zákon

Mění-li se úhel dopadu, mění se i úhel lomu, ale podle Snellova zákona zůstává poměr jejich sinů konstantní a je roven poměru rychlostí v obou prostředích. Matematicky tento zákon zapíšeme takto:

c₁, c₂ – rychlost světla v prvním a druhém optickém prostředí; α- úhel dopadu, β-úhel lomu

Index lomu je pro daná dvě prostředí konstantní.

Vzhledem k tomu, že absolutní index lomu je téměř stejný s relativním indexem lomu, když se světlo šíří ze vzduchu, vztahuje se zpravidla v praxi index lomu k průchodu paprsku ze vzduchu do zkoumané látky.

Index lomu závisí na:

• chemickém charakteru látky,
• u roztoků na jejich koncentraci,
• vlnové délce záření,
• teplotě (index lomu klesá se vzrůstem teploty),
• tlaku vzduchu.

Díky tomu, že index lomu závisí na vlnové délce záření, lámou se paprsky o různých vlnových délkách různě: čím vyšší je vlnová délka záření, tím méně se paprsek láme. V důsledku toho dochází při lomu bílého světla k jeho disperzi – rozkladu na jednotlivé barevné složky.

 

Refraktometrie a její využití

Refraktometrie je optická analytická metoda založená na měření indexu lomu světelného paprsku při průchodu ze vzduchu do zkoumaného vzorku. Vzhledem k tomu, že index lomu závisí na chemickém složení vzorku, můžeme měření indexu lomu využít jak v kvalitativní tak v kvantitativní analytické chemii. Lze hodnotit např. koncentraci sacharózy v roztoku nebo kontrolovat složení chemicky nejednotných přírodních olejů atd. Refraktometrické měření se rovněž využívá v potravinářském průmyslu a v očním lékařství.

Zdroje

• KLIMEŠ, Jiří a kol. Kontrola léčiv I. Praha: Nakladatelství Karolinum, 2006. ISBN 80-246-0419-1
• OPEKAR, František a kol. Základní analytická chemie. 1. vydání. Praha: Nakladatelství Karolinum, 2005. ISBN 978-80-246-0553-1
• SALAŠ, Jiří a Miloš HARTMANN. Chemická analýza liečiv. 1. vydání. Martin: Osveta, 1976

Obrázky

• Obr. 1: Autor neznámý. www.wikispaces.com [cit. 6. 5. 2014] Dostupné z www: https://chemicalparadigms.wikispaces.com/Unit+2+Refraction+of+light
• Obr. 2: Archiv autora
• Obr. 3: SARTO, Mario. www.mrpabodys.net [cit. 18. 10. 2014] Dostupné z www: http://www.mrpeabodys.net/the-4cs-of-diamonds/
• Obr. 4:  Autor neznámý. www.mahindra-powerol.blogspot.cz [cit. 20.5. 2014] Dostupné z www: http://mahindra-powerol.blogspot.cz/2013/04/mirages.html