ผลต่างระหว่างรุ่นของ "ดรรชนีหักเห"
ล r2.7.2) (โรบอต เพิ่ม: nn:Brytingsindeks |
ล Bot: Migrating 46 interwiki links, now provided by Wikidata on d:q174102 (translate me) ป้ายระบุ: ลบลิงก์ข้ามภาษา |
||
บรรทัด 56: | บรรทัด 56: | ||
[[หมวดหมู่:จำนวนไร้มิติ]] |
[[หมวดหมู่:จำนวนไร้มิติ]] |
||
{{โครงความรู้}} |
{{โครงความรู้}} |
||
[[ar:قرينة الانكسار]] |
|||
[[az:İşığın tam daxili qayıtması]] |
|||
[[bg:Показател на пречупване]] |
|||
[[bs:Indeks prelamanja]] |
|||
[[ca:Índex de refracció]] |
|||
[[cs:Index lomu]] |
|||
[[da:Brydningsindeks]] |
|||
[[de:Brechungsindex]] |
|||
[[el:Δείκτης διάθλασης]] |
|||
[[en:Refractive index]] |
|||
[[eo:Refrakta indico]] |
|||
[[es:Índice de refracción]] |
|||
[[et:Murdumisnäitaja]] |
|||
[[fa:ضریب شکست]] |
|||
[[fi:Taitekerroin]] |
|||
[[fr:Indice de réfraction]] |
|||
[[gl:Índice de refracción]] |
|||
[[he:מקדם שבירה]] |
|||
[[hi:अपवर्तनांक]] |
|||
[[hr:Indeks prelamanja]] |
|||
[[hu:Törésmutató]] |
|||
[[id:Indeks bias]] |
|||
[[it:Indice di rifrazione]] |
|||
[[ja:屈折率]] |
|||
[[ko:굴절률]] |
|||
[[lt:Lūžio rodiklis]] |
|||
[[lv:Laušanas koeficients]] |
|||
[[ml:അപവർത്തനാങ്കം]] |
|||
[[nl:Brekingsindex]] |
|||
[[nn:Brytingsindeks]] |
|||
[[no:Brytningsindeks]] |
|||
[[pl:Współczynnik załamania]] |
|||
[[pt:Índice refrativo]] |
|||
[[ro:Indice de refracție]] |
|||
[[ru:Показатель преломления]] |
|||
[[sh:Indeks prelamanja]] |
|||
[[sk:Index lomu]] |
|||
[[sl:Lomni količnik]] |
|||
[[sr:Индекс преламања]] |
|||
[[stq:Breektaal]] |
|||
[[sv:Brytningsindex]] |
|||
[[ta:ஒளிவிலகல் குறிப்பெண்]] |
|||
[[tr:Kırılma indisi]] |
|||
[[uk:Показник заломлення]] |
|||
[[vi:Chiết suất]] |
|||
[[zh:折射率]] |
รุ่นแก้ไขเมื่อ 01:38, 9 มีนาคม 2556
บทความนี้ไม่มีการอ้างอิงจากแหล่งที่มาใด |
ลิงก์ข้ามภาษาในบทความนี้ มีไว้ให้ผู้อ่านและผู้ร่วมแก้ไขบทความศึกษาเพิ่มเติมโดยสะดวก เนื่องจากวิกิพีเดียภาษาไทยยังไม่มีบทความดังกล่าว กระนั้น ควรรีบสร้างเป็นบทความโดยเร็วที่สุด |
ดรรชนีหักเหของวัสดุ คืออัตราส่วนที่ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าลดลงภายในวัสดุชนิดนั้น (เทียบกับความเร็วในสุญญากาศ) ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศ นั้นคงที่เสมอและมีค่าประมาณ 3×108 เมตรต่อวินาที ถ้าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่หนึ่งมีความเร็วเท่ากับ ในตัวกลาง ให้ดรรชนีหักเหของตัวกลางที่ความถี่นั้นมีค่าเท่ากับ
ตัวเลขดรรชนีหักเหนั้นโดยทั่วไปมีค่ามากกว่าหนึ่ง โดยยิ่งวัสดุมีความหนาแน่นมากเท่าไหร่ แสงก็จะเดินทางได้ช้าลงเท่านั้น
แต่ในบางกรณี (เช่นสำหรับรังสีเอกซ์ หรือที่ความถี่ใกล้กับความถี่สั่นพ้องของวัสดุ) ดรรชนีหักเหอาจมีค่าน้อยกว่าหนึ่งได้ สถานการณ์นี้ไม่ได้ขัดกับทฤษฎีสัมพัธภาพซึ่งกล่าวว่าสัญญาณไม่สามารถเดินทางได้เร็วกว่า เนื่องจากความเร็วเฟส นั้นเป็นคนละปริมาณกับความเร็วกลุ่ม ซึ่งเป็นปริมาณที่บ่งบองความเร็วที่สัญญาณเดินทาง
นิยามของความเร็วเฟสนั้นคือ อัตราเร็วที่สันคลื่นเดินทาง นั้นคือเป็นอัตราเร็วที่เฟสของคลื่นมีการเปลี่ยนแปลง ส่วนความเร็วกลุ่มนั้นเป็นอัตราเร็วที่ รูปคลื่น เดินทาง นั่นคือเป็นอัตราเร็วที่แอมพลิจูดของคลื่นเปลี่ยนแปลง ความเร็วกลุ่มเป็นปริมาณที่บอกถึงความเร็วที่คลื่นส่งสัญญาณและพลังงาน
บางครั้งเราเรียก ดรรชนีหักเหของความเร็วกลุ่ม ว่า ดรรชนีกลุ่ม (group index) ซึ่งนิยามเป็น
- ,
- เมื่อ คือความเร็วกลุ่ม ซึ่งเป็นคนละปริมาณกับ ซึ่งนิยามเทียบกับความเร็วเฟสเสมอ
ในการอธิบายปรากฏการที่เกิดขึ้นระหว่างแสงกับวัสดุให้สมบูรณ์ บางครั้งจะสะดวกขึ้นถ้ามองดรรชนีหักเหเป็นจำนวนเชิงซ้อน ซึ่งประกอบขึ้นจากส่วนจริง และส่วนเสมือน
ในกรณีนี้ n คือดรรชนีหักเหในความหมายปกติ และ k คือ extinction coefficient ในวัสดุที่เป็นฉนวน] เช่น แก้ว ค่า k เท่ากับศูนย์และแสงก็ไม่ถูกดูดซับในวัสดุจำพวกนี้ แต่ในโลหะ ค่าการดูดซับแสงในช่วงความยาวคลื่นสั้น (ช่วงที่ตามองเห็น) นั้นมีค่ามาก และการอธิบายดรรชนีหักเหให้สมบูรณ์จำเป็นต้องรวมส่วน k ด้วย ส่วนจริงและส่วนเสมือนของดรรชนีหักเหนั้นเกี่ยวข้องกันด้วยความสัมพันธ์ของ เครเมอร์-โครนิก (Kramers-Kronig relations) ตัวอย่างของการใช้ประโยชน์จากความสัมพันธ์นี้ได้แก่ การที่เราสามารถหาดรรชนีหักเหเชิงซ้อนของวัสดุได้สมบูรณ์โดยการวัดสเปคตรัมการดูดซับแสงเท่านั้น
เมื่อพิจารณาที่สเกลเล็กๆ การที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเดินทางช้าลงในวัสดุนั้น เกิดจากการที่สนามไฟฟ้าทำให้ประจุไฟฟ้าในอะตอมมีการเคลื่นที่ (ส่วนใหญ่อิเล็กตรอนคือสิ่งที่เคลื่อนที่) การสั่นของประจุไฟฟ้าเองนั้นสร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นเอง โดยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้านี้มีความต่างเฟสกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งต้นเล็กน้อย ผลรวมของคลื่นทั้งสองได้ออกมาเป็นคลื่นที่ความถี่เดิมแต่ความยาวคลื่นสั้นลง ซึ่งทำให้ความเร็วในการเดินทางลดลงนั่นเอง
ถ้าเรารู้ดรรชนีหักเหของวัสดุสองชนิดที่ความถี่หนึ่งๆ เราสามารถคำนวณมุมที่หักเหที่ผิวระหว่างตัวกลางสองชนิดนั้นได้ด้วยกฎของสเนล (Snell's law)
การกระจายและการดูดกลืน
ดรรชนีหักเหนั้นมีค่าขึ้นกับความถี่ (ยกเว้นในสุญญากาศ ซึ่งทุกความถี่เดินทางด้วยความเร็วเท่ากันเท่ากับ ) ปรากฏการณ์นี้รู้จักกันในชื่อการกระจาย ของแสง ซึ่งเป็นต้นเหตุให้ปริซึมแบ่งแสงขาวออกเป็นสีต่างๆ และเป็นเหตุผลที่รุ้งกินน้ำมีหลายสี ในช่วงคลื่นที่วัสดุไม่ดูดซับแสง ดรรชนีหักเหจะเพิ่มขึ้นตามความถี่ ในขณะที่ใกล้ความยาวคลื่นที่แสงถูกดูดซับได้ ดรรชนีหักเหจะลดลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น
สมการของเซลไมเออร์ (Sellmeier equation) ให้ผลค่อนข้างดีในการทำนายปรากฏการณ์การกระจาย และในตารางค่าดรรชนีหักเหนั้นมักบอกเป็นสัมประสิทธิ์เซลไมเออร์ แทนที่จะเป็นค่าดรรชนีหักเหจริง
แอนไอโซทรอปี
ดรรชนีหักเหของตัวกลางบางชนิดนั้นมีค่าขึ้นกับโพลาไรเซชั่นและทิศทางการเคลื่อนที่ของแสงในตัวกลางนั้น คุณสมบัตินี้มีชื่อเรียกว่า การหักเหสองแนว (birefringence) หรือ แอนไอโซทรอปี (anisotropy) ในกรณีส่วนทั่วไป ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (dielectric constant) เป็นเทนเซอร์ระดับ 2 (เมทริกซ์ 3 คูณ 3) ซึ่งไม่สามารถอธิบายได้ด้วยดรรชนีหักเหเท่านั้น นอกจากเมื่อพิจารณาที่แสงที่มีโพลาไรเซชั่นบนแกนผลึกของวัสดุ
Nonlinearity
สนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ของแสงที่มีความเข้มสูง (เช่นแสงเลเซอร์) อาจทำให้ดรรชนีหักเหของตัวกลางเปลี่ยนแปลงได้เมื่อแสงนั้นเดินทางผ่าน ซึ่งทำให้เกิดปรากฏการณ์ nonlinear optics ขึ้น ถ้าดรรชนีหักเหแปรผันตามกำลังสองของขนาดของสนาม (แปรผันตรงกับความเข้มแสง) จะเรียกว่า Kerr effect และสามารถทำให้เกิดปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น self-focusing และ self phase modulation
การประยุกต์ใช้
ดรรชนีหักเหของสารละลายน้ำตาลสามารถใช้เป็นตัวบ่งบอกปริมาณน้ำตาลที่ละลายอยู่ได้ ดู en:Brix