Δείκτης διάθλασης

Ο δείκτης διάθλασης ενός μέσου εκφράζει τη σχέση μεταξύ της ταχύτητας που έχει το φως όταν διασχίζει το μέσο, και της ταχύτητας που έχει το φως που διαδίδεται στο κενό. Όταν το φως αλλάζει μέσο διάδοσης αλλάζει και ταχύτητα, κι αυτό έχει επίδραση στην πορεία διάδοσης του φωτός· το φως διαθλάται. Καθώς επιβραδύνει ή επιταχύνει, το φως στρίβει, αν πέφτει υπό γωνία (όχι κάθετα) στην επιφάνεια που χωρίζει τα δύο μέσα. Έτσι ο δείκτης διάθλασης καθορίζει και τη γωνία κατά την οποία αλλάζει η διεύθυνση της διάδοσης του φωτός καθώς αυτό μεταβαίνει από μέσο σε μέσο.

Ο δείκτης διάθλασης δεν εξαρτάται μόνο από το μέσο αλλά πολλές φορές και από τον προσανατολισμό του μέσου σε σχέση με τη διεύθυνση που το διαπερνά το φως. Η δομή του υλικού, ιδίως στα στερεά που διατάσσουν με συγκεκριμένο τρόπο τα δομικά τους στοιχεία (άτομα) στον χώρο, επιτρέπει να αλλάζει ο δείκτης διάθλασης όταν αλλάζει η διεύθυνση διέλευσης του φωτός στο υλικό, και επιτρέπει ακόμη και διπλό δείκτη διάθλασης, δηλαδή το φως μπορεί να χωρίζει ακολουθώντας διαφορετικές διαδρομές στο νέο μέσο.

Ο δείκτης διάθλασης είναι διαφορετικός για διαφορετικές συχνότητες (ή μήκη κύματος) του φωτός στο ίδιο μέσο.

Πιο ειδικά

Κάθε υλικό επιτρέπει στο φως να το διαπερνά με διαφορετική ταχύτητα με αποτέλεσμα να χαρακτηρίζεται από έναν δείκτη διάθλασης (index of refraction) ο οποίος δίνεται από τη σχέση:

$n={\frac {c}{u}}\,$

όπου c η ταχύτητα του φωτός στο κενό και u η ταχύτητα του φωτός στο μέσο διάδοσης. Η ταχύτητα του φωτός στο μέσο εξαρτάται από το μήκος κύματος του φωτός λ που διαδίδεται. Διαφορετικά μήκη κύματος έχουν διαφορετική ταχύτητα στο ίδιο μέσο. Όλα τα μήκη κύματος έχουν την ίδια ταχύτητα στο κενό c≈3^.10⁸ m/s. Το γεγονός της ύπαρξης διαφορετικής ταχύτητας στο μέσο διάδοσης για διαφορετικά μήκη κύματος προκαλεί τη γνωστή ανάλυση του φωτός στα διάφορα χρώματα του.

Διακρίνονται δύο είδη δεικτών διάθλασης: ο σχετικός δείκτης διάθλασης και ο απόλυτος δείκτης που αφορά συγκεκριμένο μέσο.

Σχετικός δείκτης διάθλασης: ονομάζεται το σταθερό πηλίκο που ισούται με το λόγο των ταχυτήτων διάδοσης του φωτός μέσα σε δύο (διαπερατά) σώματα.

Απόλυτος δείκτης διάθλασης: κάποιου διαπερατού μέσου για μια ορισμένη ακτινοβολία και θερμοκρασία, ονομάζεται το πηλίκο C₀/C, όπου C₀ είναι η ταχύτητα του φωτός στο "κενό" και C η ταχύτητα του φωτός στο oπτικό αυτό μέσον.

Μια εφαρμογή της μέτρησης του δείκτη διάθλασης είναι στην αναλυτική χημεία. Κάθε καθαρή χημικά ουσία έχει τον δικό της δείκτη διάθλασης, ο οποίος επηρεάζεται από τις τυχόν προσμίξεις. Άρα μετρώντας τον δείκτη διάθλασης μπορούμε έμμεσα να εκτιμήσουμε την καθαρότητα μιας ουσίας ή ακόμη την σύσταση ενός μίγματος. Κλασσική χρήση είναι ο προσδιορισμός των διαλυμένων στερεών σε ένα υδατικό διάλυμα συνήθως με παραλληλισμό προς αντίστοιχο σακχαροδιάλυμα. Έτσι το καθαρό νερό έχει δ.δ. 1,3333 ενώ σακχαροδιάλυμα 10% 1,3478, 20% 1,3638 κ.ο.κ. Με την σύνταξη αναλόγων πινάκων περιεκτικότητας - δ.δ μπορούν να μετρηθούν διαφόρων ειδών διαλύματα, ακόμη και (σπορ)ελαίων σε διαλύτη (π.χ. κατά την εκχύλιση των αντιστοίχων σπόρων).