Indice de réfraction de l'eau

L'indice de réfraction d'un milieu transparent est une mesure de sa capacité de changer la direction de la
propagation d'un rayon de lumière l'écrivant.
Si la lumière devaient voyager par l'espace vide et puis pénétrer une surface planaire de l'eau, les angles
d'incidence mesurés et la réfraction pourraient être substitués dans la loi de Snell (voir la "réfraction de
la lumière par l'eau") pour rapporter l'indice de réfraction de l'eau "relativement au vide".
Les seules variables seraient ceux liées à l'état physique de l'eau.
Mais, dans la pratique, il est plus simple d'entreprendre des expériences en utilisant une interface d'air/eau
pour obtenir l'indice de réfraction de l'air relatif à l'eau, et puis pour le convertir de l'air en vide en appliquant
des corrections appropriées.
Le résultat, qui est toujours le plus grand que, est le rapport de la vitesse de phase de la lumière dans un
vide à sa vitesse de phase dans l'eau: la lumière voyage plus lentement dans l'eau que dans un vide (ou en air).

à de divers degrés, tous les médias transparents sont dispersifs, qui signifie que la quantité par laquelle elles
se plient lumière change avec sa longueur d'onde.
Spécifiquement, dans la partie évidente du spectre (approximativement 4300-6900 angströms) l'indice de
réfraction est généralement une fonction décroissante de longueur d'onde : la lumière violette est lumière
plus dévier que le rouge.
En outre, le taux de changement de l'indice de réfraction augmente également pendant que la longueur
d'onde diminue.
Et, l'indice de réfraction augmente habituellement avec la densité du milieu.
L'eau montre toutes ces caractéristiques.
Le tableau 1 montre les résultats de quelques mesures (Tilton et Taylor) de l'indice de réfraction de l'eau, n(w),
en ce qui concerne l'air sec ayant la même température T que l'eau et à une pression de 760 mmHg.

Tableau 1:

Approximation : (λ en µm )
f(λ à 10°C) ≈ 1,4333212260969747 - 0,40388484888980613 * λ
+ 0,5615254445718942 * λ² - 0,27664629001958346 * λ³

f(λ à 20°C) ≈ 1,428752825641948 - 0,3841328845855708 * λ
+ 0,5282311338593066 * λ² - 0,2581226944270076 * λ³

f(λ à 30°C) ≈ 1,4298706392963636 - 0,3937147333568278 * λ
+ 0,5408893908005483 * λ² - 0,26284844716500954 * λ³

Pour convertir les valeurs sous forme de tableaux relatif à l'indice du vide, additionnez 4 à la quatrième
position décimale.
Notez que le n(w) augmente pendant que la température de l'eau diminue.
C'est conformé à nos espérances, puisque la densité de l'eau augmente pendant qu'elle se refroidit.
Il est intéressant, cependant, que si les mesures sont sorties à de plus basses températures l'indice ne montre
pas une anomalie à 4°C, malgré le fait que la densité de l'eau fait une pointe à cette température.

L'eau de mer contient les impuretés dissoutes, principalement sous forme de sels dissociés de sodium,
de magnésium, de calcium, et du potassium.
Sa densité, et par conséquent n(w), dépend donc de sa salinité , d'une quantité habituellement exprimée
comme des grammes de sels dissous en kilogramme d'eau de mer (gm/kg), ou des parties par mille en poids.

Le tableau 2 (Dorsey) montre comment le n(w) augmente avec la salinité pour les
D-lignes de sodium (589,3nm) à 18°C.

10^-9 mètre (1 nm) = 10 Angströms (Å).

Tableau 2:

Changements de l'indice de réfraction dù à la salinité augmentation de la salinité

(gm/kg)	d'exemple de Δn(w)
5	0,00097	mers baltiques nordiques
10	0,00194
15	0,00290
20	0,00386	enfoncements de Biafra
25	0,00482
30	0,00577
35	0,00673	surfaces d'Océan atlantique
40	0,00769	mers rouges nordiques
Δn ≈ 1,928571429x10-5 + gmkg * 1,918095238x10-4

L'indice de réfraction est également une fonction de pression de l'eau, mais la dépendance est tout à fait
faible en raison de l'incompressibilité relatif de l'eau.
En fait, sur les gammes normales des températures (0-30°C), l'augmentation approximative du n(w)
est 0,000016 quand la pression de l'eau augmente d'une atmosphère.

Clairement, les facteurs les plus significatifs affectant le n(w) sont la longueur d'onde de la lumière
et la salinité de l'eau.
Néanmoins, le n(w) change par l'excédent moins de 1% de la gamme indiquée
des valeurs de ces variables.
Que la plupart des buts pratiques il est suffisant adoptent la valeur n(w)=4/3.

Autres valeurs :
Tableau 3:

RÉFÉRENCES:

L. W. Tilton et J. K. Taylor, stand national de bureau de recherche de J., 20, 419 (RP1085) 1938.

E. Dorsey, "propriétés d'Eau-Substance ordinaire", (Reinhold Publishing Corporation 1940).