Показатель преломления воздуха в зависимости от температуры

Как показатель преломления воздуха зависит от температуры? Есть ли его теоретическое обоснование?

Если вам это действительно нужно, см., например, эту статью Джеймса Оуэнса 1967 года, opticsinfobase.org/abstract.cfm?uri=ao-6-1-51 . Но ясно, что показатель преломления зависит не только от температуры, но и от давления, состава и, строго говоря, длины волны света. Наивно думать, что существует какая-то «точная» функция, потому что то, о чем вы спрашиваете, является очень запутанной проблемой, зависящей от определения «воздуха» (состав), «света» (частоты) и многих других вещей. Ясно, что плотность молекул будет иметь большое значение, но и другие вещи тоже будут иметь значение.

Ответы (3)

Показатель преломления воздуха легко определить, потому что воздух представляет собой разбавленный газ с очень маленьким показателем преломления, который определяется формулой:

н "=" 1 − ∑ н я дельта я ( к )

для малых волновых чисел k. н я - числовая плотность для каждого вида молекулы, и дельта я – вклад в индекс этого молекулярного вида. Вы можете просто использовать N 2 и O 2 , чтобы получить достаточно хорошее соответствие, и включить CO 2 и H 2 O для лучшего соответствия.

В пределе идеального газа, который почти идеален для воздуха, н "=" п к Т . Если вы удвоите давление, вы удвоите отклонение от 1. Если вы удвоите температуру, вы уменьшите отклонение от единицы вдвое, потому что все компоненты подчиняются одному и тому же закону идеального газа:

Итак, формула длинноволнового индекса воздуха:

н ( п , Т ) "=" 1 + .000293 × п п 0 Т 0 Т

Где п 0 атмосферное давление, а Т 0 Стандартная температура 300К. и это, по существу, точно для всех практических целей, поправки пренебрежимо малы вдали от резонансов кислорода/азота/воды/CO 2 , и любое отклонение от формулы будет связано с различной влажностью.

Фактические взносы дельта я требует амплитуды прямого рассеяния света на двухатомной молекуле. Это выходит за рамки того, что вы можете сделать с помощью карандаша и бумаги, но это в пределах досягаемости симуляций.

Чтобы прочитать о связи между показателем преломления и рассеянием вперед, см. Feynman, Richard P.; Acta Physica Polonica 24, 697 (1963).

""В пределе идеального газа, который почти идеален для воздуха, плотности не зависят от температуры"" Это вздор. Как насчет концентрации на предметах, о которых вы что-то знаете?
@ Джордж: Я хотел сказать, что температура T является функцией только молекулярной скорости, а не плотности, но вы правы, в конечной формуле была идиотская ошибка, потому что она выражается через давление и температуру. Я починил это. Причина, по которой я не концентрируюсь на одном предмете, а не на другом, заключается в том, что я знаю все.
Ага, я с нетерпением жду TOE от Вас.
@georg: уже слишком поздно --- теория струн уже открыта.
""другое, что я знаю все"" Это не включает в себя тот простой факт, что показатель преломления напрямую зависит от плотности электронов :=)
Рон, как ты считаешь, что смена дня и ночи может повлиять на обратное количество красного света, изгибающегося под землей? Меня «одержим» тем фактом, что утренний и дневной свет в ясные дни выглядят совсем по-разному. Нет рассеивания - я не говорю, почему восход и закат красноватые, а о том, почему утренний свет хрустящий и белый, а дневной - более желтый. Мой последний шанс — немного больше (относительно) сгибать красные оттенки в более теплой атмосфере.

Общий вид такой зависимости известен для многих различных типов веществ, но точные значения, насколько мне известно, теоретически вывести невозможно. То, что вы ищете, — это зависящее от температуры уравнение Селлмейера , но константы всех уравнений Селлмейера для любого вещества всегда соответствуют экспериментальным данным.

Это очень хороший обзор всей доступной работы в этой области. Читая это, кажется, что статья Джонса 1981 года ( в свободном доступе , так как это была работа американского правительства в том, что тогда называлось Национальным бюро стандартов) содержит формулу для показателя преломления воздуха в зависимости от температуры и давления, среди прочего, хотя, похоже, оно не принимает форму уравнения Селлмейера.

Что Сельмейер говорит о температуре?
Ничего. Тем не менее, я часто видел уравнение для показателя преломления как функции длины волны и температуры, которое имеет смутно похожие на Селлмейера члены, в общих чертах называемое «температурно-зависимым уравнением Селлмейера», как я назвал его выше. Вот пример: Optics & Laser Technology, 38, 192-195 (2006).

Есть онлайн-калькулятор, параметрами которого являются не только температура воздуха, но и длина волны, атмосферное давление, влажность и содержание СО 2 :

https://emtoolbox.nist.gov/Wavelength/Ciddor.asp

Другая формула без параметра содержания СО 2 :

https://emtoolbox.nist.gov/Wavelength/Edlen.asp

Страница https://aty.sdsu.edu/explain/atmos_refr/air_refr.html (благодаря ответу @ptomato) объясняет эмпирические исследования, лежащие в основе этих и нескольких других формул. (Однако он не дает никаких теоретических выводов.) Это также объясняет, почему исходные формулы Эдлена больше не следует использовать. Обратите внимание, что в приведенной выше ссылке используется модифицированная формула Эдлена, которую авторы объясняют здесь: https://emtoolbox.nist.gov/Wavelength/Documentation.asp (хотя и без теоретических выводов).

Показатель преломления воздуха в зависимости от температуры
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 15v