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Indice di rifrazione

Che cos'è l'indice di rifrazione?

Quando un'onda elettromagnetica attraversa la superficie di separazione fra due sostanze trasparenti (come ad esempio aria e acqua), il raggio incidente subisce una deviazione rispetto alla sua direzione iniziale.

Tale fenomeno è noto con il nome di rifrazione.

Per ogni sostanza trasparente (acqua, aria, vetro, etc.) possiamo definire un valore dell'indice di rifrazione assoluto dato dal rapporto tra c (velocità della luce nel vuoto) e v (velocità in m/s dell'onda elettromagnetica nel mezzo considerato).

L'indice di rifrazione è indicato con la lettera n ed è una grandezza adimensionale (ovvero priva di unità di misura) il cui valore è determinabile, come spiegato in precedenza, applicando la seguente formula:

indice di rifrazione

in cui:

  • c = velocità della luce nel vuoto; c = 3·108 m/s;
  • v = velocità in m/s dell'onda elettromagnetica nel mezzo considerato.

Poichè c > v vale sempre n > 1.

In particolare:

  • n > 1 per sostanze con bassa densità;
  • n >> 1 per sostanze con elevata densità.

L'indice di rifrazione dipende dalla lunghezza d'onda della onda elettromagnetica incidente, dalla temperatura e (per i gas) anche dalla pressione (la pressione influenza infatti la densità del gas).

L'indice di rifrazione influenza la direzione dell'onda elettromagnetica

Come detto in precedenza, quando un'onda elettromagnetica attraversa la superficie di separazione fra due sostanze trasparenti, il raggio incidente subisce una deviazione rispetto alla sua direzione iniziale.

In particolare, quando l'onda elettromagnetica passa da un mezzo a indice di rifrazione minore a un mezzo con indice di rifrazione maggiore (per esempio dall'aria al vetro), l'angolo rispetto alla normale dell'onda incidente (indicato nella figura seguente con la lettera i) è superiore all'angolo rispetto alla normale dell'onda rifratta (indicato nella figura seguente con la lettera r).

In altre parole il raggio incidente "piega" verso la perpendicolare alla superficie nel punto di incidenza.

Pertanto i > r:

rifrazione

Processo di rifrazione.

Se invece l'onda elettromagnetica passa da un mezzo a indice di rifrazione maggiore a un mezzo con indice di rifrazione minore (come per esempio per esempio dall'acqua all'aria) si ha i < r.

In questi casi esiste inoltre un angolo limite (i0) oltre il quale il raggio viene totalmente riflesso.

Tabella degli indici di rifrazione

Nella seguente tabella sono indicati gli indici di rifrazione di alcune sostanze. Viene indicata inoltre la velocità di propagazione di un'onda elettromagnetica nel mezzo considerato.

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