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Indice de réfraction et dispersion de la lumière

Par Yann le 15/03/2017 Ressources > Physique-Chimie > Seconde > Optique > Indice de réfraction et dispersion de la lumière

Déterminer expérimentalement un indice de réfraction

Pour déterminer l’indice de réfraction d’un milieu il suffit d’effectuer la réfraction d’un rayon lumineux puis de mesurer les angles d’incidence (i) et de réfraction (r). L’utilisation de la deuxième loi de Snell-Descartes permet d’obtenir la relation:
n2 =  n1 sin (i )
             sin(r)
Par ailleur si le premier est l’air alor n1 = 1 donc la relation devient:
n2 =   sin (i )
sin(r)

Définition de l’indice de réfraction

L’indice de réfraction (n ) d’un milieu est definit comme le rapport de la vitesse de la lumière dans le vide ( c ) par la vitesse de la lumière dans ce milieu ( v ):
n =  c                  où c et v sont exprimées avec les même unité de vitesse 
       v                  ( mètre par seconde ou kilomètre par seconde en général )
L’indice de réfraction étant défini comme le rapport de deux grandeurs de même unité , il ne possède pas d’unité.
Remarque: Dans un milieu matériel la vitesse de la lumière ne peut être supérieure à celle possédée dans le vide donc un indice de réfraction est toujours supérieur ou égal à 1

Indice de réfraction de quelques milieux

L’indice de réfraction est une caractéristique d’un milieu, c’est donc une grandeur physique que peut être utilisée pour identifier une substance.
Indice de réfraction des milieux les plus courants:

MilieuAireauverreRubiDiamant
indice1,001,31,51,82,5

Remarque: L’indice de réfraction d’un milieu dépend de sa température ( il  diminue avec la témpérature )

Calculer la vitesse de la lumière dans un milieu

L’expression de l’indice de réfraction d’un milieu permet de déterminer la vitesse de la lumière dans ce dernier:
v =  c
n
Par exemple dans le verre:
v =  300 000  =  200  000 km.s-1
1,5

La dispersion

L’indice de réfraction d’un milieu dépend de la longueur d’onde de la lumière qui le traverse: l’indice est légèrement plus faible pour les lumières de longueur d’onde élevée.
Une des conséquences de ce phénomène est qu’il se produit une diffraction différente pour des lumières de longueurs d’onde différentes. Ainsi une lumière violette est plus réfractée qu’une lumière rouge. Les différentes lumières composant une lumière polychromatique sont ainsi refractées dans des directions légèrement différentes.: il y a dispersion de la lumière.
Ce phénomène peut être accentué et nettement observer lorsque la lumière traverse un prisme. Il se produit aussi naturellement lorsque les gouttes de pluies réfractent la lumière du Soleil et forment un arc-en-ciel.

Voir aussi:
– cours « Les lois de la réfraction« 
– cours « Les lois de la réfraction« 
– fiche « La réfraction« 
– fiche « vérification expérimentale de la loi de la réfraction »

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