전반사 조건및 임계각에 대해서

전반사 조건및 임계각에 대해서

전반사 조건및 임계각​

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우선, 물과 공기에 있어서의 구체적인 예를 사용하여 전반사의 의미를 알아 볼까 합니다.

수중(아래쪽)에 있는 광원에서 공기(위쪽) 쪽을 향해 빛이 나오는 상황을 생각합니다.

일반적으로 빛은 수면에 부딪히면 공기 쪽으로 빠지는 것과 반사해서 물 바닥 쪽으로 되돌아가는 것으로 나뉩니다.

이 때, 그림과 같이, 검은 각도보다 초록의 각도 쪽이 커집니다.

검은 각도를 입사각이라고 합니다.

또,녹색각도를굴절각이라고합니다.

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그리고 입사각을 점점 더 크게 하면 굴절각은 점점 커져 마침내 90도에 도달합니다.

전반사 조건(대략적인 설명)

전반사는 어떤 경우에 일어날까요?세부적인 계산은 나중에 하기로 하고, 우선은 대략적인 조건을 설명하겠습니다.

전반사는,

1. 입사각이 굴절각보다 크고

2. 입사각이 있는 일정 값보다 크다

경우에 발생합니다.

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1.에 대한 상세 설명

입사각이 굴절각보다 커지는 것은 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질을 향해 나아가는 경우입니다.

그래서 유명한 매질을 굴절률이 작은 순서대로 나열하면

공기<얼음<물<에탄올> 기름<다이아몬드 입니다.

물이 공기보다 굴절률이 큽니다.

따라서 물에서 공기로 진행되는 빛에 대해서는 전반사가 일어나지만, 공기에서 물로 진행되는 빛에 대해서는 전반사가 일어나지 않습니다.

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2.에 대하여 보충

계산상의 굴절률이 90도를 넘는 경우에 전체 반사가 발생하게 됩니다.

물로부터 공기로 진행되는 빛에 대해서는, 입사각이 약 49°보다 클 경우에 전반사가 일어납니다.

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전반사 조건(임계각 계산)

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전체 반사의 조건 2에 대해 좀 더 자세히 계산을 해 보겠습니다.

입사각이 0이다.

θ0

넘었을 때 전반사가 일어난다’는 θ0

θ0

을 임계각이라 합니다.

입사원의 매질 굴절률을 n0 행선지 매질의 굴절률을 n1 그렇다면 스넬의 법칙보다

n0sinθ 0=n1sin90∘ 가 성립이 됩니다. 이를 정리하게 됩니다.

sinθ0=n 1n0

입니다.

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예를 들어 물에서 공기일 경우에는 n0=1.33 ,n1=1.00 로 계산하면,

sinθ0=1.00≫1.33≒0.752

θ0≒49∘

입니다.

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전반사는,

1. 입사각이 굴절각보다 크고

2. 입사각이 있는 일정값 θ0 더 크다

경우에 발생합니다.

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그리고 위의 글귀 θ0을 임계각이라 하고,

를 만족시킵니다.

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