临界角

✍ dations ◷ 2025-07-24 14:52:14 #临界角
全内反射(英语:Total Internal Reflection),又称全反射,是一种光学现象。当光线经过两个不同折射率的介质时,部分的光线会于介质的界面被折射,其余的则被反射。但是,当入射角比临界角大时(光线远离法线),光线会停止进入另一界面,反之会全部向内面反射。这只会发生在当光线从光密介质(较高折射率的介质)进入到光疏介质(较低折射率的介质),入射角大于临界角时。因为没有折射(折射光线消失)而都是反射,故称之为全内反射。例如当光线从玻璃进入空气时会发生,但当光线从空气进入玻璃则不会。最常见的是沸腾的水中气泡显得十分明亮,就是因为发生了全内反射。克普勒(Johannes Kepler,1571-1630)在公元1611年于他的著作《Dioptrice》中,已发表全内反射的现象。如图一所示: 光线从折射率较高的 n 1 {displaystyle n_{1}} 介质进入折射率较低的 n 2 {displaystyle n_{2}} 介质: 当入射角 θ i = θ 1 < {displaystyle theta _{i}=theta _{1}<} 临界角 θ c {displaystyle theta _{c}} 时,光线同时发生向 n 2 {displaystyle n_{2}} 介质中的折射,以及向 n 1 {displaystyle n_{1}} 介质中的反射(图一中红色光线所示); 当入射角 θ i = θ 2 > {displaystyle theta _{i}=theta _{2}>} 临界角 θ c {displaystyle theta _{c}} 时,向 n 2 {displaystyle n_{2}} 介质中折射的光线消失,所有光线向 n 1 {displaystyle n_{1}} 介质中反射(图一中蓝色光线所示); 全内反射仅仅可能发生在当光线从较高折射率的介质(也称为光密介质)进入到较低折射率的介质(也称为光疏介质)的情况下,例如当光线从玻璃进入空气时会发生,但当光线从空气进入玻璃则不会。临界角(英语:Critical angle)是使得全内反射发生的最少的入射角。入射角是从折射界面的法线量度计算的。临界角( θ c {displaystyle theta _{c}} )可从以下方程计算:其中 n 2 {displaystyle !n_{2}} 是较低密度介质的折射率,及 n 1 {displaystyle !n_{1}} 是较高密度介质的折射率。这条方程是一条斯涅尔定律的简单应用,当中折射角为90°。 当入射光线是准确的等于临界角,折射光线会循折射界面的切线进行。以可见光由玻璃进入空气(或真空)为例,临界角约为41.5°。如果,我们取两个密介质区域,中间夹着一薄层的疏介质,例如一层厚度与入射光波波长大小相当的空气薄层,让光束透过自密介质区射向空气层,则光会透过薄层,再进入对向的密介质区。这种入射角大于临界角 θ i > θ c {displaystyle theta _{i}>theta _{c}} ,而又能超越障碍,透射到另一介质的现象,称为受抑全内反射(Frustrated Total Reflection)。这种现象的产生是由于当发生全反射时,电磁场并非完全没有进入疏介质;只是进入疏介质区域的电磁场强度以指数式衰减的形式消失。所以在全反射的状态之下,仍然有部分电磁场进入疏介质薄层后再进入对向的密介质区,只不过这种电磁波的强度会随着光波行进距离越远而很快耗损殆尽。量子力学中的量子隧穿效应,实与此相当。光导纤维就是利用了全内反射这一原理,由于反射时没有光线的损失,因此信号可以传输到极远的距离,广泛应用于内视镜及电信上。海市蜃楼亦是由此一原理所生成,光线从较密的介质(冷空气)进入到较疏的介质(近地面的热空气)。

相关

  • 膳食补充剂营养补充品,又称营养补充剂、膳食补充剂、营养剂、饮食补充剂、保健食品、健康食品等,是一种成分是从食物中萃取对人体有益的营养素(如氨基酸、微量元素、维生素、矿物质等)的补
  • 旅游旅游业是美国的一大产业。每年都有为数以百万计的国内外游客观光美国,到访美国的自然奇观、城市街景、历史名胜和娱乐场所。美国的旅游业在19世纪末期和20世纪初期飞速成长。
  • 液流电池液流电池(英语:Flow battery),一种蓄电池,在这个系统中,通常包含两个容器,其中储存着液体化学溶剂,形成两个次系统。这两个次系统间的连接部分,为发电区,以一个薄膜隔开。这两种化学溶
  • 物种种(拉丁语:Species)或称物种,生物分类的基本单位,位于生物分类法中最后一级,在属之下。较为笼统的概念,是指一群或多或少与其它这样的群体形态相同,并能够交配繁殖出具生殖能力后代
  • 紧凑μ子线圈紧凑μ子线圈(CMS,Compact Muon Solenoid),瑞士欧洲核子研究组织CERN的大型强子对撞机计划的两大通用型粒子侦测器中的一个。直至2006年,已有约2300位来自159个不同的研究机构的
  • 对苯醌1,4-苯醌(英语:1,4-Benzoquinone,常称为对苯醌)是一种有机化合物,分子式为C6H4O2。纯的对苯醌为亮黄色晶体,带有与氯气相似的刺激性气味;不纯的样品常常由于醌氢醌(对苯醌与氢醌所形
  • 鸭鸣报Maurice Maréchal Jeanne Maréchal Henri-Paul Deyvaux-GassierÉrik Emptaz Louis-Marie Horeau鸭鸣报(法语:Le Canard enchaîné)是法国一份以讽刺而闻名的周报,逢星期三
  • 泰因赛德泰恩赛德(英语:Tyneside)是英国的一个都市区,位于英格兰东北部,中心都市是泰恩河畔纽卡素。据2011年英国人口普查,泰恩赛德有人口774,891 人。而根2013年估计,泰恩赛德有人口832,46
  • 福岛50死士福岛50死士是对2011年福岛第一核电站发生泄漏事故后,东京电力公司针对800多名工作人员进行撤离时自愿或被要求留下来的50位继续在核电厂内进行紧急维修作业者的称呼。后来有
  • 丽沙病毒属丽沙病毒属(英语:Lyssavirus),又称狂犬病毒属,一种核糖核酸病毒,属于单股反链病毒目炮弹病毒科。它的名称来自希腊神话中的丽沙(Lyssa),主管疯狂、发狂的女神。这个属的病毒中,包括了