Показател на пречупване

Показател на пречупване (използва се също коефициент или индекс на пречупване) е физична величина, която представлява отношението на скоростта на светлината във вакуум и скоростта на светлината в дадената среда: $n=\frac{c}{v}$. Показателят на пречупване зависи от свойствата на средата и дължината на вълната. В прозрачна среда светлината се разпространява със скорост, по-малка от скоростта на разпространение във вакуум: $v<c$. Затова $n>1$. Коефициентът на пречупване е безразмерна величина, която фактически показва колко пъти скоростта на разпространение на електромагнитната вълна във вакуум е по-голяма от скоростта ѝ в дадена среда.

Така дефинираната величина коефициент на пречупване на дадена среда спрямо вакуума се нарича още абсолютен коефициент на пречупване. В случай на две прозрачни изотропни среди се говори за относителен коефициент на пречупване на едната среда по отношение на другата. Той се дефинира аналогично на абсолютния коефициент на пречупване. Освен ако не е посочено друго, обикновено се има предвид абсолютният коефициент на пречупване.

Стойността на абсолютния коефициент на пречупване зависи от състава и структурата на веществото, агрегатното му състояние, температура, налягане и др. За някои вещества коефициентът на пречупване се променя под въздействието на външно електрическо поле (ефект на Кер – в течности и газове; ефект на Покелс – в кристали).

Коефициентът на пречупване може да се изрази и като квадратен корен от произведението на относителните диелектрична и магнитна проницаемости на средата: $n=\sqrt{{\epsilon }_r{\mu }_r}.$ Среща се и означението $n=\sqrt{{\epsilon }^{\prime }{\mu }^{\prime }}.$

Ако средата е немагнитна, ${\mu }_r=1$ и

$n=\sqrt{{\epsilon }_r}$.

В общия случай за полупроводящи среди диелектричната проницаемост е комплексна величина $\epsilon {\text{'}}_k={\epsilon }^{\prime }-j60\sigma \lambda$ и вълната изпитва поглъщане. Следователно коефициентът на пречупване също е комплексна величина:

$n_k=n+j\delta$,

където $j$ е имагинерната единица, а $\delta$ е коефициентът на поглъщане. Реалната част определя пречупването, а имагинерната част – затихването от поглъщане.

За измерване на коефициента на пречупване се използват гониометри, рефрактометри или елипсометри.

Коефициент на пречупване за някои среди

Коефициентът на пречупване $n$ за повечето среди има стойности между 1 и 2 и нараства с увеличаване на плътността на средата.

Пречупване на лъч светлина на границата на пластмасов материал с въздух

Двукръгов гониометър на Голдшмидт

Ръчен рефрактометър

Коефициент на пречупване
(за дължина на вълната λ=589 nm)

Среда	Стойност	Справка
Вакуум	1
Хелий	1,000034388
Въздух	1,00028821 ÷ 1,000293
Въглероден двуокис	1,0004408
Дисилан	1,0016574
Аерогел	1,02
Лед	1,3098
Вода	1,3333
Ацетон	1,3592
Етилов алкохол	1,3617
Тефлон	1,38
Оптично влакно – обвивка	1,46
Оптично влакно – сърцевина	1,48
Полиетилен	1,5
Готварска сол	1,5442
Полиетилентерефталат	1,5693
Полистирол	1,6
Бензол	1,501
Кварц	1,544
Стъкло	1,4645 ÷ 2,1
Стъкло (кроун)	1,517
Стъкло (лек флинт)	1,58
Стъкло (тежък флинт)	1,85
Цирконий (изкуствен скъпоценен камък)	1,923
Диамант	2,417
Муассанит	2,65

При дължина на вълната 480 nm, температура 20 °C, атмосферно налягане и соленост 35 ‰ коефициентът на пречупване на морската вода е n = 1,34509 (за чиста вода n = 1,337). Коефициентът на пречупване на морската вода се измерва чрез рефрактометрия.

Някои полупроводници, непрозрачни за видимата светлина, пропускат инфрачервено лъчение. Показателите на пречупване в този диапазон са значителни: 3,46 за галиев арсенид и 3,56 за силиций .

В момента най-висок коефициент на пречупване в тесен диапазон има метаматериалът, проектиран през 2011 г. За честоти близо до 300 GHz неговият коефициент на пречупване достига 38,6.

Рекордният отрицателен коефициент на пречупване (–700) е постигнат в радиообхвата.

Стойността на коефициента на пречупване може да бъде значително различна за кристали, тънки слоеве и наночастици от едно и също вещество.

Вижте също

• Пречупване на светлината
• Закон на Снелиус
• Очила