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臨界角と屈折率


光学では、臨界角は屈折角が 90 度になる入射角です。空気中の光ビームの速度と指定された媒体の速度の比は、屈折率として知られています。臨界角は屈折率に反比例するため、臨界角と屈折率の関係を決定することができます。

  • 全反射が発生する入射角 (光学系) は、臨界角として知られています。

  • 空気力学では、臨界迎え角は最大の揚力係数を生み出す迎え角です。

  • 工学では、臨界安息角は、物質が滑り落ちようとしているときの斜面の降下の最も鋭い角度です。

臨界角の定義では、屈折の規則と、入射角を調整して 90 度の屈折角を得る方法について説明します。臨界角の公式を正しく理解するために、スネルの法則についても説明します。このお祝いを始めましょうか?

スネルの法則とも呼ばれる屈折の法則はよく知られています。別名はスネル・デカルトの法則です。

光学では、物質の屈折率 (屈折率または屈折率とも呼ばれます) は、光が通過する速さを表す無次元統計です。このように説明されています:

n=c/v

v は媒質中の光の位相速度、c は真空中の光の速度です。たとえば、水の屈折率は 1.333 です。これは、光が空気中よりも水中で 1.333 倍遅く移動することを意味します。物質の屈折率が増加すると、物質内の光の速度が低下します。

臨界角

光学における臨界角とは、1 つの透明な材料を通過する光線が、最初の材料内で完全に反射されることなく、その媒体と屈折率の低い 2 番目の材料との間の境界に接触できる最大角度です。 (透明な物質の屈折率は、真空中の光の速度とその物質中の速度の比です。) 臨界角よりも小さい任意の入射角、および光線が境界から境界に接触する場合は、任意の角度に対して反対側では、ビームの一部がバリアを貫通し、その過程で屈折します。

入射角がこの臨界角よりも大きい場合、屈折したビームは媒質から出るのではなく、媒質内に反射されます。全反射はこれを表す用語です。

全反射の前提条件は次のとおりです:

  1. 光は、密度の高い光学媒体 (屈折率が高い) から密度の高い光学媒体 (屈折率が低い) (屈折率が低い) に移動します。

  2. 入射角が臨界角よりも大きい

メディアの各セットには、独自の批判的視点があります。たとえば、ガラスから空気に向かう光の臨界角は 42° ですが、水から空気に向かう光の臨界角は 48.8° です。

屈折率

一般に屈折率として知られている屈折率は、光線が 1 つの媒体を通過して別の媒体に入るときにどれだけ曲がるかの測定値です。 I が真空中の光線の入射角 (入射ビームと媒質の表面に垂直な法線との間の角度) であり、r が屈折角 (媒質中の光線と屈折率 n は、屈折角の正弦に対する入射角の正弦の比に等しい。つまり、n =sin I / sin r です。空の空間における特定の波長の光の速度 c を物質内の速度 v で割った値、または n =c/v は、屈折率としても知られています。

臨界角と屈折率の式

方程式

SI 単位

屈折率に対する臨界角

SinC=1/μb

学位

臨界指数に対する屈折率

μb =1/SinC

SI 単位なし

次の式を使用して、臨界角と屈折率の関係を計算できます:

一筋の光を見てください

  • I を重要な入射角 C にしましょう。

  • 屈折角を r=90o とします。

  • 希少な媒質の屈折率は a.

  • 密度の高い媒質の屈折率は b でなければなりません。

ダイヤモンドの屈折率とは

ダイヤモンドの屈折率が与えられます.

d=2.42

ダイヤモンドの屈折率は 2.42 です。

結論

TIR の紹介で、空気などの密度の低い物質との境界に向かって水の中を流れる光の例を使用しました。屈折したビームは、水中での入射角が臨界しきい値に達すると、90 度の屈折角で境界に沿って存在します。臨界角は、屈折がまだ可能な入射角の最大値です。光は、臨界角よりも大きな入射角で全反射します。

結果として、臨界角は 90 度の屈折角を生成する入射角として定義されます。臨界角は入射角の値であることに注意してください。水と空気の界面の重要な角度は 48.6 度です。クラウン ガラス水バリアの臨界角は 61.0 度です。臨界角の実際の値は、境界の両側に存在する物質によって決まります。



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