Reflexia interioara

Reflexie internă - fenomenul de reflexie a undelor electromagnetice sau sonore de la interfața dintre două medii, cu condiția ca unda să cadă dintr-un mediu unde viteza de propagare a acesteia este mai mică (în cazul razelor de lumină, aceasta corespunde unui indice de refracție mai mare ).

Reflexie internă incompletă - reflexie internă cu condiția ca unghiul de incidență să fie mai mic decât unghiul critic. În acest caz, fasciculul se împarte în refractat și reflectat. [unu]

Reflexia internă totală este reflexie internă cu condiția ca unghiul de incidență să depășească un anumit unghi critic. În acest caz, unda incidentă este reflectată complet, iar valoarea coeficientului de reflexie depășește cele mai mari valori ale sale pentru suprafețele lustruite. Coeficientul de reflexie pentru reflexia internă totală nu depinde de lungimea de undă .

În optică, acest fenomen este observat pentru un spectru larg de radiații electromagnetice , inclusiv domeniul de raze X.

În optica geometrică , fenomenul este explicat în termenii legii lui Snell . Având în vedere că unghiul de refracție nu poate depăși 90°, obținem că la un unghi de incidență al cărui sinus este mai mare decât raportul dintre indicele de refracție mai mic și indicele mai mare, unda electromagnetică ar trebui să fie reflectată complet în primul mediu.

\theta _{{{\rm {c}}}}=\arcsin \!\left({\frac {n_{2}}{n_{1}}}\right).

Unghiul este cel mai mic unghi de incidență la care are loc reflexia internă totală. Se numește unghi limitator sau critic . Se folosește și numele „ unghi de reflexie totală ” [2] . $\theta _{{{\rm {c))))$

În conformitate cu teoria undelor a fenomenului, unda electromagnetică pătrunde totuși în al doilea mediu - așa-numita „undă neuniformă” se propagă acolo, care se degradează exponențial și nu transportă energie cu ea. Adâncimea caracteristică de pătrundere a unei unde neomogene în al doilea mediu este de ordinul lungimii de undă.

Pentru prima dată fenomenul de reflexie internă totală a fost descris de Johannes Kepler în 1600 [2] .

Reflexia internă totală frustrată este fenomenul de încălcare a reflexiei interne totale datorită absorbției unei părți din radiație de către mediul reflector [3] . Folosit pe scară largă în practica de laborator și industria optică [4] .

Exemplu

Luați în considerare reflexia internă folosind exemplul a două raze monocromatice incidente pe interfața dintre două medii. Razele cad dintr-o zonă dintr-un mediu mai dens (indicat cu albastru mai închis) cu un indice de refracție până la limita cu un mediu mai puțin dens (indicat cu albastru deschis) cu un indice de refracție . $n_{1}$ $n_{2}$

Fasciculul roșu cade sub un unghi , adică la limita mediului, se bifurcă - este parțial refractat și parțial reflectat. O parte a fasciculului este refracta la un unghi . $\Phi _{1}<\!\,\!\,\alpha _{c}=\!\,\Theta _{c)$ $\Phi _{2}$

Fasciculul verde este incident și complet reflectat . $\Theta >\!\,\alpha _{c}=\!\,\Theta _{c)$

Reflecție internă totală în natură și tehnologie

Fata morgana , efecte de miraj , cum ar fi iluzia unui drum umed în căldura verii. Aici reflexiile apar din cauza reflexiei totale între straturi de aer cu temperaturi diferite.

Strălucirea strălucitoare a multor cristale naturale , și în special a pietrelor prețioase și semiprețioase fațetate , se explică prin reflexia internă totală, ca urmare a căreia fiecare rază care intră în cristal formează un număr mare de raze destul de strălucitoare care ies, colorate ca rezultat de dispersie .

Strălucirea diamantelor , care le deosebește de alte pietre prețioase, este, de asemenea, determinată de acest fenomen. Datorită indicelui de refracție ridicat ( n ≈ 2 ) al diamantului, numărul de reflexii interne pe care le suferă un fascicul de lumină cu o pierdere mai mică de energie este de asemenea mare în comparație cu sticla și alte materiale cu un indice de refracție mai mic.

Reflexia internă totală poate fi observată dacă priviți de sub apă la suprafață: la anumite unghiuri la interfață, nu partea exterioară (ceea ce este în aer) este observată, ci reflexia speculară a obiectelor aflate în apa este vizibilă.

Cub de separare a fasciculului

Direct în spatele primei suprafețe limită, adică la o distanță maximă egală cu lungimea de undă a luminii , a doua suprafață limită are același indice de refracție n 1 . O undă electromagnetică de lumină pătrunde printr-o bandă cu indice de refracție n 2 și pătrunde pe a doua suprafață limită cu indice de refracție n 1 dar cu o valoare energetică mai mică. Se observă o bifurcare a fasciculului luminos , din care o parte a pătruns în zona cu indice de refracție n 2 . Rezultatul final este un fascicul împărțit în două: o parte se propagă mai departe în direcția inițială, în timp ce cealaltă parte este reflectată. Pierderea de intensitate în mediul n 2 trece exponențial după formula:

I=I_{0}\cdot \exp \!\left(-{\frac {x}{\lambda }}\right).

Ghid de lumină

Efectul reflexiei interne totale este utilizat în fibrele optice . Partea axială a fibrei (miez) este formată din sticlă cu un indice de refracție mai mare decât placarea înconjurătoare. Astfel de ghidaje de lumină sunt folosite pentru a construi cabluri de fibră optică .

Reflectarea razelor X

Cu radiații cu raze X, conform formulei generale pentru valorile indicelui de refracție:

n=1-\delta -i\beta .

Rezultă că vidul este un mediu optic mai dens decât orice substanță. Valorile coeficientului de transmisie a razelor X se află în regiunea dintre și și depind de energia cuantică a radiației, de constantele rețelei cristaline și de densitatea substanței. $\delta$ $</10^{{-6}}$ $</10^{{-5}}$

La unghiuri mici de incidență se observă efectul de alunecare, refracție a razelor X cu reflexie la un unghi egal cu unghiul de incidență (θ). Unghiurile de pășunat pentru razele X „dure” sunt fracțiuni de grad, pentru cele „moale” - aproximativ 10-20 de grade. [5] [6]

Refracția razelor X în incidența pășunatului a fost formulată pentru prima dată de M. A. Kumakhov, care a dezvoltat oglinda cu raze X , și fundamentată teoretic de Arthur Compton în 1923 .

Reflectarea undelor elastice într-un corp solid

Deoarece undele longitudinale și transversale sunt prezente simultan într-un corp solid, reflexia la limita a două medii este descrisă de legea lui Snell pentru fiecare dintre tipurile de unde. Conform legii, nu există unul, ci trei unghiuri critice [7] :

Primul unghi critic: cel mai mic unghi de incidență al unei unde longitudinale la care unda longitudinală refractată nu va pătrunde în al doilea mediu (apariția undei de cap).
Al doilea unghi critic: cel mai mic unghi de incidență al unei unde longitudinale la care o undă transversală refractată nu va pătrunde în al doilea mediu (apariția unei unde de suprafață Rayleigh ).
Al treilea unghi critic: cel mai mic unghi de incidență al unei unde transversale la care încă nu există undă longitudinală reflectată.

Alte fenomene ondulatorii

Demonstrarea refracției și, prin urmare, a efectului reflexiei interne totale, este posibilă, de exemplu, pentru undele sonore de pe suprafață și în cea mai mare parte a lichidului în timpul tranziției între zone cu vâscozitate sau densitate diferită.

Fenomene similare cu efectul reflexiei interne totale a radiației electromagnetice sunt observate pentru fasciculele de neutroni lenți . [opt]

Dacă o undă polarizată vertical cade pe interfață la unghiul Brewster , atunci se va observa efectul refracției complete - unda reflectată va fi absentă.

Vezi și

Link -uri

Film educațional „Reflecție internă totală”

Note

↑ Quantum Boffin. Reflecție internă totală . youtube.com . youtube.com (13 ianuarie 2012). Preluat la 27 februarie 2021. Arhivat din original la 21 februarie 2021.
↑ 1 2 Zolotarev V. M. Reflecție internă totală // Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M .: Marea Enciclopedie Rusă , 1994. - T. 4. - S. 27. - 704 p. - 40.000 de exemplare. - ISBN 5-85270-087-8 .
↑ Reflecție internă totală spartă - articol din Enciclopedia fizică
↑ Sistem automatizat de Internet pentru formarea bazelor de date cu descrieri reproductive și formalizate ale efectelor științifice și științifice și tehnice naturale:: Violat complet intern... . Data accesului: 29 octombrie 2012. Arhivat din original pe 4 martie 2016. (nedefinit)
↑ Copie arhivată (link nu este disponibil) . Consultat la 30 aprilie 2008. Arhivat din original pe 19 octombrie 2007. (nedefinit)
↑ http://www.issep.rssi.ru/pdf/0110_095.pdf (link inaccesibil)
↑ Fundamentele teoretice ale testării cu ultrasunete N. V. Meleshko
↑ Optica neutronică // Marea Enciclopedie Sovietică : [în 30 de volume] / cap. ed. A. M. Prohorov . - Ed. a 3-a. - M . : Enciclopedia Sovietică, 1969-1978.