Belső reflexió

Belső visszaverődés - az elektromágneses vagy hanghullámok visszaverődésének jelensége a két közeg közötti interfészről, feltéve, hogy a hullám olyan közegből esik, ahol a terjedési sebessége kisebb ( fénysugarak esetében ez magasabb törésmutatónak felel meg ).

Hiányos belső visszaverődés - belső visszaverődés, feltéve, hogy a beesési szög kisebb, mint a kritikus szög. Ebben az esetben a nyaláb megtört és visszavert részekre szakad. [egy]

A teljes belső visszaverődés belső visszaverődés, feltéve, hogy a beesési szög meghalad egy bizonyos kritikus szöget. Ebben az esetben a beeső hullám teljesen visszaverődik, és a reflexiós együttható értéke meghaladja a polírozott felületek legmagasabb értékeit. A teljes belső visszaverődés reflexiós együtthatója nem függ a hullámhossztól .

Az optikában ez a jelenség az elektromágneses sugárzás széles spektrumánál figyelhető meg , beleértve a röntgensugárzás tartományát is .

A geometriai optikában a jelenséget a Snell-törvény magyarázza . Figyelembe véve, hogy a törésszög nem haladhatja meg a 90°-ot, azt kapjuk, hogy olyan beesési szögnél, amelynek szinusza nagyobb, mint a kisebb törésmutató és a nagyobb mutató aránya, az elektromágneses hullámnak teljesen vissza kell verődnie az első közegbe.

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

A szög az a legkisebb beesési szög, amelynél a teljes belső visszaverődés bekövetkezik. Ezt korlátozó vagy kritikus szögnek nevezik . A " teljes visszaverődés szöge " [2] elnevezés is használatos . $\theta _{{{\rm {c))))$

A jelenség hullámelméletének megfelelően az elektromágneses hullám mégis behatol a második közegbe - ott terjed az úgynevezett „nem egyenletes hullám”, amely exponenciálisan lecseng, és nem visz magával energiát. Egy inhomogén hullámnak a második közegbe való behatolásának jellemző mélysége a hullámhossz nagyságrendje.

A teljes belső reflexió jelenségét először Johannes Kepler írta le 1600-ban [2] .

A frusztrált teljes belső reflexió a teljes belső reflexió megsértésének jelensége a sugárzás egy részének a visszaverő közeg általi elnyelése miatt [3] . Széles körben használják a laboratóriumi gyakorlatban és az optikai iparban [4] .

Példa

Tekintsük a belső visszaverődést a két közeg közötti interfészre beeső két monokromatikus sugárzás példáján. A sugarak egy sűrűbb közeg (sötétebb kékkel jelölve) törésmutatójú zónájából esnek egy kevésbé sűrű (világoskék színnel jelölt) törésmutatójú közeg határára . $n_{1}$ $n_{2}$

A vörös sugár szögben esik le , azaz a közeg határán, kettéágazik - részben megtörik és részben visszaverődik. A sugár egy része szögben megtörik . ${\displaystyle \Phi _{1}<\!\,\!\,\alpha _{c}=\!\,\Theta _{c))$ $\Phi _{2}$

A zöld sugár beesik és teljesen visszaverődik . ${\displaystyle \Theta >\!\,\alpha _{c}=\!\,\Theta _{c))$

Teljes belső reflexió a természetben és a technológiában

Fata morgana , délibáb effektusok , mint például a nedves út illúziója a nyári melegben. Itt a reflexiók a különböző hőmérsékletű levegőrétegek közötti teljes visszaverődés miatt keletkeznek.

Sok természetes kristály , és különösen a csiszolt drágakövek és a féldrágakövek fényes ragyogása a teljes belső visszaverődéssel magyarázható, amelynek eredményeként minden egyes kristályba belépő sugár nagyszámú, meglehetősen fényes sugarat képez, amelyek kijönnek, és ennek eredményeként elszíneződnek. a diszperzió .

A gyémántok fényességét , amely megkülönbözteti őket a többi drágakövektől, szintén ez a jelenség határozza meg. A gyémánt magas törésmutatója ( n ≈ 2 ) miatt a belső visszaverődések száma, amelyen egy fénysugár kisebb energiaveszteséggel megy keresztül, szintén nagy az üveghez és más, alacsonyabb törésmutatójú anyagokhoz képest.

Teljes belső visszaverődés figyelhető meg, ha a víz alól a felszínre nézünk: bizonyos szögekben a határfelületen nem a külső rész (ami a levegőben van) figyelhető meg, hanem a benne lévő tárgyak tükörképe. látszik a víz.

Nyalábhasító kocka

Közvetlenül az első határfelület mögött, azaz a fény hullámhosszával megegyező maximális távolságban a második határfelület azonos n 1 törésmutatóval rendelkezik . Az elektromágneses fényhullám áthatol egy n 2 törésmutatójú csíkon, és belép a második határfelületre n 1 törésmutatóval , de alacsonyabb energiaértékkel. Megfigyelhető a fénynyaláb elágazása, melynek egy része behatolt az n 2 törésmutatójú zónába . A végeredmény egy két részre osztott nyaláb: egy része tovább terjed az eredeti irányba, míg a másik része visszaverődik. Az n 2 közegben az intenzitásvesztés exponenciálisan halad át a következő képlet szerint:

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

Fényvezető

Az optikai szálakban a teljes belső visszaverődés hatását alkalmazzák . A szál axiális része (mag) a környező burkolatnál nagyobb törésmutatójú üvegből van kialakítva. Az ilyen fényvezetőket üvegszálas kábelek építésére használják .

Röntgensugarak visszaverődése

Röntgensugárzással a törésmutató értékeinek általános képlete szerint:

n=1-\delta -i\beta .

Ebből következik, hogy a vákuum optikailag sűrűbb közeg, mint bármely anyag. A röntgensugárzás átviteli együttható értékei a és közötti tartományban vannak , és függenek a sugárzás kvantumenergiájától, a kristályrács állandóitól és az anyag sűrűségétől . $\delta$ $</10^{{-6}}$ $</10^{{-5}}$

Kis beesési szögeknél megfigyelhető a csúszás, a röntgensugárzás fénytörése a beesési szöggel (θ) megegyező szögben történő visszaverődéssel. A "kemény" röntgensugarak legeltetési szögei a fok töredékei, a "lágyak" esetében - körülbelül 10-20 fok. [5] [6]

A röntgensugarak törését a legeltetési gyakoriságban először M. A. Kumakhov fogalmazta meg, aki kifejlesztette a röntgentükröt , és elméletileg Arthur Compton támasztotta alá 1923 - ban .

Rugalmas hullámok visszaverődése szilárd testben

Mivel a longitudinális és a keresztirányú hullámok egyidejűleg vannak jelen egy szilárd testben, a két közeg határán való visszaverődést a Snell-törvény írja le mindegyik hullámtípusra. A törvénynek megfelelően nem egy, hanem három kritikus szög létezik [7] :

Első kritikus szög: egy longitudinális hullám legkisebb beesési szöge, amelynél a megtört longitudinális hullám nem hatol be a második közegbe (a fejhullám megjelenése).
Második kritikus szög: egy longitudinális hullám legkisebb beesési szöge, amelynél a megtört keresztirányú hullám nem hatol át a második közegen ( Rayleigh felszíni hullám megjelenése ).
Harmadik kritikus szög: a keresztirányú hullám legkisebb beesési szöge, amelynél még nincs visszavert longitudinális hullám.

Egyéb hullámjelenségek

A fénytörés és így a teljes belső visszaverődés kimutatása lehetséges például a folyadék felszínén és nagy részének hanghullámainál a különböző viszkozitású vagy sűrűségű zónák közötti átmenet során.

Az elektromágneses sugárzás teljes belső visszaverődésének hatásához hasonló jelenségek figyelhetők meg a lassú neutronnyaláboknál . [nyolc]

Ha függőlegesen polarizált hullám esik a határfelületre a Brewster-szögben , akkor a teljes fénytörés hatása lesz megfigyelhető - a visszavert hullám hiányzik.

Lásd még

Linkek

Oktatási film "Teljes belső reflexió"

Jegyzetek

↑ Quantum Boffin. Teljes belső reflexió . youtube.com . youtube.com (2012. január 13.). Letöltve: 2021. február 27. Az eredetiből archiválva : 2021. február 21.
↑ 1 2 Zolotarev V. M. Teljes belső reflexió // Fizikai enciklopédia / Ch. szerk. A. M. Prohorov . - M .: Nagy Orosz Enciklopédia , 1994. - T. 4. - S. 27. - 704 p. - 40.000 példány. - ISBN 5-85270-087-8 .
↑ Megtört teljes belső tükröződés – cikk a Physical Encyclopedia -ból
↑ Automatizált internetes rendszer a természettudományos és tudományos-technikai hatások reproduktív és formalizált leírásainak adatbázisainak kialakítására :: Megsértve teljes belső ... . Hozzáférés dátuma: 2012. október 29. Az eredetiből archiválva : 2016. március 4. (határozatlan)
↑ Archivált másolat (a hivatkozás nem elérhető) . Letöltve: 2008. április 30. Az eredetiből archiválva : 2007. október 19.. (határozatlan)
↑ http://www.issep.rssi.ru/pdf/0110_095.pdf (elérhetetlen link)
↑ Az ultrahangos vizsgálat elméleti alapjai N. V. Meleshko
↑ Neutronoptika // Nagy Szovjet Enciklopédia : [30 kötetben] / ch. szerk. A. M. Prohorov . - 3. kiadás - M . : Szovjet Enciklopédia, 1969-1978.