Taitekerroin

Taitekerroin kuvaa sitä, miten aine vaikuttaa sähkömagneettiseen säteilyyn. Taitekerroin riippuu materiaalista ja hieman myös sähkömagneettisen säteilyn aallonpituudesta. Ainetta, jonka taitekerroin on suuri sanotaan optisesti tiheäksi ja vastaavasti pienen taitekertoimen aine on optisesti harva. Väliaineessa sähkömagneettisen säteilyn vaihenopeus muuttuu. Taitekertoimen symbolina käytetään kirjainta n, jonka arvo on valonnopeuden c suhde väliaineessa etenevän sähkömagneettisen säteilyn vaihenopeuteen v.

${\displaystyle n={\frac {c}{v}}}$,

Tyhjiön taitekerroin on yksi ja ilman taitekerroin on hieman yli yhden (noin 1,0003 normaaliolosuhteissa^[1]).

Valon etenemisnopeus väliaineessa on kääntäen verrannollinen taitekertoimen reaaliosaan. Taitekertoimen imaginääriosa kertoo miten valo absorboituu eli muuttuu lämmöksi aineessa.^lähde? Häviöttömän aineen taitekerroin on reaalinen.

Kahden aineen rajapinnalla valon vaihenopeus muuttuu, mistä johtuu myös valon taittuminen.^lähde? Valon taittuminen riippuu väliaineiden taitekertoimista Snellin lain mukaisesti: tulo- ja taitekulmien (${\displaystyle \alpha _{1}}$ ja ${\displaystyle \alpha _{2}}$) sinien suhde on sama kuin aineiden taitekerrointen (${\displaystyle n_{1}}$ ja ${\displaystyle n_{2}}$) suhteen käänteisarvo:

${\displaystyle {\frac {\sin \alpha _{1}}{\sin \alpha _{2}}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}}$

Osa valosta kuitenkin aina myös heijastuu takaisin. Heijastuminen on sitä voimakkaampaa, mitä suurempi taitekerroinmuutos rajapinnassa on. Kun valonsäde tulee optisesti tiheämmästä aineesta harvempaan, tietyillä edellytyksillä tapahtuu kokonaisheijastus, jolloin kaikki valo heijastuu. Näin tapahtuu, jos tulo­kulman sini on suurempi kuin aineiden taite­kerrointen suhde:^[2]

${\displaystyle \sin \alpha _{1}>{\frac {n_{2}}{n_{1}}}}$.

Tällöin Snellin lain mukaista taite­kulmaa ei voida laskea, koska minkään kulman sini ei ole suurempi kuin 1. Tämä tapahtuu sitä pienemmillä tulokulmilla, mitä suurempi on sen aineen taitekerroin, josta valo tulee rajapinnalle.

Tavallisen ikkunalasin taitekerroin on 1,5, veden noin 1,33 ja eräiden raskaiden metallioksidien 2. Jalokivien taitekerroin on erityisen suuri, minkä vuoksi ne välkehtivät voimakkaasti. Useimmilla muilla kuin ferromagneettisilla aineilla taitekerroin on suhteellisen permittiivisyyden neliöjuuri. Permittiivisyys on mitta aineen sähköiselle polarisoituvuudelle sähkökentässä. Tämä ei kuitenkaan päde aineille, joiden molekyylit ovat vahvasti poolisia kuten vesi, jonka suhteellinen permittiivisyys on noin 81, mutta taitekerroin 1,33.

Katso myös

• Heijastuminen
• Kokonaisheijastuminen
• Prisma (optiikka)

Lähteet

1. maol: ”Fysiikka, Aaltoliike ja valo-oppi”, maol taulukot, s. 88. (ISBN 978-951-1-20607-1) Helsinki: Otava, 2007. suomi
2. Kokonaisheijastuminen Peda.net. Viitattu 14.4.2022.

Aiheesta muualla

• Turun yliopisto: Taitekerroin