Índice de refracción

Al observar algunos fenómenos ópticos muy comunes que nos rodean u ocurren a nuestro alrededor, podemos concluir que los rayos de luz parecen viajar en línea recta. En algún momento de la era XX, la popular teoría ondulatoria de la luz a menudo se volvió ligeramente inadecuada o irrelevante para los casos de interacción de la luz con la materia, y la luz a menudo se comporta de manera similar a una corriente o sistema de partículas. Esta discusión y argumentos sobre la verdadera naturaleza de la luz continuaron durante años hasta que llegó una moderna teoría cuántica de la luz, finalmente en la que la luz no tiene una ‘onda’ ni una ‘partícula’ en la naturaleza: la nueva teoría tiene la intención de relacionar la propiedades de las partículas de la luz con la naturaleza ondulatoria de la misma.

Refracción de la luz

A veces parece u observa que cuando los rayos de luz viajan oblicuamente de un medio a otro medio, la trayectoria o dirección de la propagación de la luz en otro o segundo medio cambia de alguna manera. Este cierto fenómeno es lo que se conoce como la refracción de la luz. Es en palabras muy simples describe el cambio en la velocidad o velocidad de la luz cuando va o viaja de un medio a otro medio. La refracción de la luz depende de la velocidad del medio material que usamos y de la naturaleza de otro medio del que proviene la luz. Hay ciertas leyes para él también que sigue este fenómeno de refracción. El cambio observable en la velocidad o velocidad de los rayos de luz provoca la refracción.

Arriba se muestra la refracción a través de dos medios o medios diferentes. El rayo de luz ha cambiado su camino al viajar del aire al vidrio, y volverá a cambiar cuando ocurra viceversa.

leyes de la refracción

Se dan dos leyes de refracción, como se indica a continuación, a la vista de la refracción, la luz sigue y lo que vemos es la imagen refractada formada del objeto.

El rayo refractado, incidente o lo que llamamos rayo que cae oblicuamente y el rayo normal en el punto de incidencia tenderán todos a estar juntos en el mismo plano.
En segundo lugar, tenemos la relación del seno del ángulo de incidencia y refracción que es una constante o tiene un valor definido que se establece o denomina ley de Snell .
$\frac{sin (i)} {sin (r)}$ = constante
Donde tenemos i = ángulo de incidencia, r = ángulo de refracción, el valor constante que depende de los índices de refracción de los dos medios tomados. Es su proporción y es adimensional.

El índice de refracción, en primer lugar, es una cantidad adimensional. El índice de refracción o, en otras palabras, el índice de refracción nos permite saber qué tan rápido viaja la luz a través del medio material. El índice de refracción da una idea de la velocidad de la luz mientras viaja en un medio diferente. Siempre que la luz que tiende a viajar oblicuamente de un medio a otro cambia de dirección mientras viaja desde otro, la magnitud del cambio en la dirección de los rayos de luz es lo que decimos y calculamos como índice de refracción. La relación de las velocidades o velocidad de la luz en diferentes medios da el índice de refracción.

El índice de refracción es de dos tipos:

Índice de refracción absoluto
Índice de refracción relativo

El tipo de índice de refracción depende de los dos medios en los que viaja la luz. El índice de refracción absoluto tiene un medio material y otro es el vacío en el que la velocidad de la luz es de 3 × 10 ⁸ m/s. El índice de refracción relativo es el cambio relativo en la velocidad de la luz al viajar de un medio dado a otro.

Al viajar de un medio más raro a uno más denso, los rayos de luz tienden a desviarse hacia lo normal y si viaja de un medio más denso a uno más raro, se desvía de lo normal en el punto de incidencia.

Índice de refracción absoluto

Para un medio material considerado, el índice de refracción se observa o se considera que es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad de la luz en el medio material proporcionado (v) sobre el que cae. El índice de refracción o índice de refracción de un medio se representa o denota con una n pequeña, y viene dado por la siguiente fórmula:

$n_{v}= \frac{c}{v}$

Donde c = rapidez o velocidad de la luz en el vacío, v = rapidez o velocidad de la luz en el medio proporcionado.

La velocidad o lo que decimos la velocidad de la luz en el vacío es 3 × 10 ⁸ m/s. Su velocidad en el aire también es casi la misma que en el vacío con una diferencia mínima. Por lo tanto, cuando se viaja del aire al medio, la velocidad se toma como 3 × 10 ⁸ m/s solamente. El índice de refracción absoluto, como sugiere su nombre, nos da una estimación aproximada de la densidad óptica del material dado.

La siguiente tabla da una idea sobre los diferentes índices de refracción de los medios. El que tiene un índice de refracción más alto es ópticamente más denso que un material con un índice de refracción bajo que se convierte en un medio más raro. Un material que tiene una densidad óptica más alta no significa que tenga una densidad de masa por volumen alta, ya que son dos cantidades diferentes. Por ejemplo, el queroseno tiene una densidad más baja que el agua, pero es ópticamente más denso que el agua, como podemos ver, tiene un valor más alto del índice de refracción de 1,44 que el agua de 1,33.

Aplicaciones

Da una idea sobre el índice de refracción absoluto de muchos medios materiales distintos del vacío y el aire para que podamos usarlo para realizar actividades de laboratorio.
Se utiliza en industrias para fabricar ciertos productos químicos con los índices de refracción conocidos de los materiales.
Se utilizan en las industrias farmacéuticas para proporcionar una estimación aproximada de las densidades ópticas de los productos químicos.
Los valores del índice de refracción absoluto se utilizan ampliamente para diferenciar medios ópticamente más densos y más raros.

Índice de refracción relativo

El índice de refracción relativo se refiere al índice de refracción de un medio material con respecto a otro. Las velocidades dadas de la luz en diferentes medios pueden dar el índice de refracción relativo de la siguiente manera también cuando el primer medio no es el vacío:

$n_{21}= \frac{v_{1}}{v_{2}}$

El n ₂₁ = índice de refracción de la velocidad de la luz en el medio material 2 con respecto a la velocidad o velocidad de la luz en el medio 1.

Del mismo modo, también podemos calcular el índice de refracción de 1 con respecto a 2. Por el cociente de la velocidad de la luz en el medio 2 con respecto a la velocidad de la luz en el medio 1.

$n_{12}= \frac{v_{2}}{v_{1}}$

Al viajar de un medio más raro a uno más denso, el rayo de luz se desvía hacia lo normal y viceversa, al viajar de un medio más denso a uno más raro se desvía de lo normal. Como se puede observar y ver que el índice de refracción del hielo es más bajo que el del queroseno, el rayo de luz después de viajar del hielo al queroseno se ha desviado hacia lo normal y su relación puede darnos el índice de refracción relativo.

Aplicaciones

Es ampliamente utilizado o aplicado para identificar una sustancia en particular, confirmar su pureza o medir la concentración dada.
Generalmente y comúnmente se utiliza para medir la concentración del soluto en una solución acuosa. Por ejemplo, una solución de azúcar, el índice de refracción de la misma se puede utilizar para determinar el contenido de azúcar.
También se puede utilizar en la determinación de la concentración de fármacos en la industria farmacéutica o farmacéutica.
Es ampliamente utilizado para calcular el poder de enfoque de varias lentes y el poder de dispersión de los prismas.
Además, generalmente se aplica para la estimación de las propiedades termofísicas de muchos hidrocarburos y de mezclas de petróleo.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Cuál es el valor constante si el ángulo de refracción es de 15° y el ángulo de incidencia es de 32°?

Solución:

Como la conocemos,

$\frac{sin(i)}{sin(r)}$ = constante

Dado sen i= sen 32° y sen r= sen 15°

Poniendo los valores respectivos de los ángulos dados de la tabla de registro obtenemos

$\therefore \frac{sin32^{\degree}} {sin15^{\degree}}$ = 0,84

Por lo tanto, la constante para los valores dados anteriormente es 0,84.

Pregunta 2: ¿Cuál es el valor del seno del ángulo de incidencia si el ángulo de refracción es de 35°? Se supone que la constante es 1,34.

Solución:

Como la conocemos,

$\frac{sini}{sinr}$ = constante

La constante dada tiene valor = 1.34 y sen r = sen 35° = 0.57

Poniendo los valores respectivos de los ángulos de la tabla de registro obtenemos

$\therefore \frac{sin i} {sin35^{\degree}}= 1.34$

Por lo tanto, sen i = 1,34 × 0,57

Por lo tanto, sen i = 0.763

Por tanto, sen del ángulo de incidencia o sen i = 0,763.

Pregunta 3: ¿Cuál es el valor constante si el ángulo de incidencia es de 45° y el ángulo de refracción es de 30°?

Solución:

Como la conocemos,

$\frac{sini}{sinr}$ = constante

Dado sen i = sen 45° y sen r = sen 30°

Poniendo los valores respectivos de los ángulos dados de la tabla de registro obtenemos

$\therefore \frac{sin45^{\degree}} {sin30^{\degree}} = 1.44$

Por lo tanto, se encuentra que el valor de la constante es 1.44.

Pregunta 4: Calcula la velocidad de la luz en el agua y también en el hielo. El índice de refracción absoluto del hielo es 1,31 y el agua es 1,53. ¿En qué medio es mayor la velocidad?

Solución:

Como la conocemos,

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

Donde índice de refracción del agua n= 1.53, c = 3 × 10 ⁸ m/s

$\therefore n= \frac{3\times 10^{8}}{v_{g}}$

$\therefore v_{w}= \frac{3\times 10^{8}}{n }$

$\therefore v_{w}= \frac{3\times 10^{8}}{1.53}$

$\therefore v_{w}= 1.96 \times 10^{8}$

Por lo tanto, la velocidad de la luz en el agua es v _w = 1,96 × 10 ⁸ m/s.

En el segundo caso, donde el índice de refracción del hielo n = 1,31, c = 3 × 10 ⁸ m/s

$\therefore n= \frac{3\times 10^{8}}{v_{i}}$

$\therefore v_{i}= \frac{3\times 10^{8}}{n }$

$\therefore v_{i}= \frac{3\times 10^{8}}{1.31}$

$\therefore v_{i}= 2.29 \times 10^{8}$

Por lo tanto, la velocidad de la luz en el hielo es v _i = 2,29 × 10 ⁸ m/s.

Por tanto, la velocidad de la luz es mayor en el caso del hielo que en el del agua.

Pregunta 5: Calcula la velocidad de la luz en el benceno. El índice de refracción absoluto del benceno es 1,50.

Solución:

Como sabemos, podemos calcular el índice de refracción mediante la siguiente fórmula,

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

Donde índice de refracción del benceno n= 1.50, c = 3 × 10 ⁸ m/s

$\therefore n= \frac{3\times 10^{8}}{v_{b}}$

$\therefore v_{b}= \frac{3\times 10^{8}}{n}$

$\therefore v_{b}= \frac{3\times 10^{8}}{1.50}$

$\therefore v_{b}= 2\times 10^{8}$

Por lo tanto, la velocidad de la luz en el queroseno es v _b = 2 × 10 ⁸ m/s

Pregunta 6: La velocidad de la luz en el queroseno es de 2,08 × 10 ⁸ m/s y en el agua es de 1,96 × 10 ⁸ m/s . Refiriéndose a los valores dados, calcule o encuentre el índice de refracción del queroseno con respecto al medio de agua.

Solución:

Como la conocemos,

$n_{21}= \frac{v_{1}}{v_{2}}$

$\therefore n_{kw}= \frac{v_{w}}{v_{k}}$

Dado, $v_{k}= 2.08 \times 10^{8} m/s$ , $v_{w}= 1.96 \times 10^{8}$ m/s.

$\therefore n_{kw}= \frac{1.96 \times 10^{8} m/s.} {2.08 \times 10^{8} m/s}$

$\therefore n_{kw}= 0.94$

Por lo tanto, la relación del índice de refracción del queroseno con respecto al agua del segundo medio es 0,94.

Pregunta 7: La velocidad de la luz en el vidrio es 1,97 × 10 ⁸ m/s y en el agua es 1,96 × 10 ⁸ m/s. Haciendo referencia a lo anterior, calcule o encuentre el índice de refracción del agua con respecto al vidrio.

Solución:

Como la conocemos,

$n_{21}= \frac{v_{1}}{v_{2}}$

$\therefore n_{wg}= \frac{v_{g}}{v_{w}}$

Dado, $v_{g}= 1.97 \times 10^{8} m/s, v_{w}= 1.96 \times 10^{8}$ m/s.

$\therefore n_{wg}= \frac{1.97 \times 10^{8} m/s} {1.96 \times 10^{8} m/s}$

$\therefore n_{wg} = 1.005$

Por tanto, el índice de refracción del vidrio con respecto al agua es 1,005.

Pregunta 8: La velocidad de la luz en el queroseno es 2,08 × 10 ⁸ m/s y en el vidrio es 1,97 × 10 ⁸ m/s. Calcular el índice de refracción del vidrio con respecto al queroseno.

Solución:

Como la conocemos,

$n_{21}= \frac{v_{1}}{v_{2}}$

$\therefore n_{gk} = \frac{v_{k}}{v_{g}}$

Dado, $v_{k}= 2.08 \times 10^{8}$ m/s, $v_{g}= 1.97 \times 10^{8}$ m/s.

$\therefore n_{gk}= \frac{2.08 \times 10^{8} m/s} {1.97 \times 10^{8} m/s}$

$\therefore n_{gk} = 1.05$

Por tanto, el índice de refracción del vidrio con respecto al queroseno es 1,05.