El Fenómeno De La Refracción

El fenómeno de la refracción

MARCO TEÓRICO

El fenómeno de la refracción está basado en el cambio de velocidad que experimenta la radiación electromagnética al pasar de un medio a otro, como consecuencia de su interacción con los átomos y moléculas del otro medio. Si la radiación incidente no es perpendicular al límite, también cambia su dirección. El cociente entre la velocidad de propagación en el espacio libre (vacío) y la velocidad de propagación dentro de un medio se llama índice de refracción del medio.

Cuando la luz pasa de un medio a otro (o del vacío a un medio material) ocurre varios fenómenos, de los cuales puede usarse cualquiera como base de medición del índice de refracción del medio. La velocidad de propagación cambia; cierta cantidad de luz se pierde por reflexión; si la luz incidente no es perpendicular a la superficie límite entre los dos medios, cambia la dirección de propagación y aparecen ciertos efectos de polarización y, por último, en determinados ángulos de incidencia (ángulo entre el rayo de luz y la normal a la superficie límite) puede ocurrir reflexión total. Como todos estos efectos varían con la longitud de onda de la luz, el índice de refracción es una función de la longitud de onda. La variación del índice de refracción con la longitud de onda se llama dispersión.

La razón entre la velocidad de propagación en el vacío y en un medio es el índice de refracción absoluto y se designa aquí por nabs. La razón entre la velocidad de propagación en el medio 1 y en el medio 2 se llama índice de refracción relativo y se designa por nre1.

Si la luz incide en ángulo i sobre el límite entre dos medios de índices absolutos n1 y n2, la luz que pasa al segundo medio marcha en una dirección definida por el ángulo de refracción, r. 1. Los ángulos i y r están relacionados por la ley de Snell, que dice que n1 sen = n2 sen r. Si el medio 1 es el vacío, para el cual n = 1, entonces:

Si el medio 1 es el aire, para el cual nabs = 1.000277 (a 760 mm Hg, 0° C., longitud de onda 5 893 A.), entonces n2abs = 1.090277 (sen i/sen r). Como el índice de refracción del aire varía muy poco con los cambios ordinarios de humedad, composición, temperatura y presión del aire en el laboratorio, son suficientes los valores del índice de refracción referidos al aire. Sin embargo, en determinaciones de máxima precisión ha de corregirse el valor del índice de refracción para las condiciones normales (PTN) o usar el nabs en caso necesario.

Si n1 < n2 y el ángulo de incidencia aumenta a 90º (incidencia rasante), el ángulo de refracción alcanza un valor máximo dado por:

n1 = n sen r (pues sen 90º =1)

Inversamente, si n1 > n2, a valores de i mayores que un cierto valor dado por n1 sen = n2 (r = 90º) no entra luz en el segundo medio y se produce reflexión total de la luz incidente. El ángulo que forma la luz incidente con la normal a la superficie límite en el medio de índice más alto es el mismo en estos dos casos y se llama ángulo límite para la reflexión total, también denominado ángulo crítico.

En un ángulo de incidencia particular, llamado ángulo de Brewster, no se refleja nada de la vibración en el plano de incidencia y la luz reflejada está completamente polarizada en el plano, con su vibración perpendicular al plano de incidencia. Como puede demostrarse que el ángulo de Brewster viene dado por:

n1 tan i =n2

La determinación del ángulo de incidencia en el cual ocurre completa polarización en el plano del haz reflejado nos da un medio para determinar n2 cuando se conoce n1, o viceversa.

La cantidad de luz reflejada y transmitida depende del ángulo de incidencia y de los índices de refracción n1 y n2, en la forma dada por las ecuaciones de Fresnel. En la incidencia normal, esto es, i = 00, las ecuaciones

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