Teljes fényvisszaverődés

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Teljes fényvisszaverődés plexi–levegő határán

A teljes fényvisszaverődés (totálreflexió) egy optikai jelenség. Ha a fény egy optikailag sűrűbb közegből egy optikailag ritkább közeg határához érkezik, továbbá a beesési szög elég nagy, akkor a teljes fénymennyiség visszaverődik a határfelületről. A fényvisszaverődésnek ezt a változatát teljes fényvisszaverődésnek nevezzük. A jobb oldali képen a plexiből a levegő felületéhez érkező fénysugár teljes visszaverődése figyelhető meg.

A teljes fényvisszaverődés értelmezése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A fénytörést leíró fogalmak

A teljes fényvisszaverődés leírásához szükséges fogalmak:

  • Beesési pontnak nevezzük a két közeg határfelületén azt a pontot, ahova a (vizsgált) fénysugár beérkezik.
  • Beesési merőlegesnek nevezzük a beesési ponton átmenő, két közeg határfelületére merőleges egyenest.
  • Beesési szögnek hívjuk a beeső fénysugár és a beesési merőleges közti szöget.
  • Visszaverődési szögnek nevezzük a visszaverődő fénysugár és a beesési merőleges közti szöget.
  • Törési szögnek nevezzük a megtört fénysugár és a beesési merőleges közti szöget.
  • Törésmutatónak nevezzük a fénytöréssel kapcsolatosan bevezetett fizikai mennyiséget, mely a beesési szög szinuszának és a törési szög szinuszának a hányadosa. A törésmutató a két közegre jellemző állandó. Igazolható, hogy értéke megegyezik a két közegben mérhető fénysebesség hányadosával.[1] Képlettel:
{n_{21} = \frac {\sin \alpha}{\sin \beta} = \frac {c_1}{c_2}}\,\!
  • Optikai sűrűség: Két közeg közül azt nevezzük optikailag sűrűbbnek, amelyben a fény kisebb sebességgel halad. (Mivel a fény sebessége vákuumban a legnagyobb, ezért a vákuum optikai sűrűsége a legkisebb.)

A jelenség létrejötte:

A határszög fogalma

Ha a fény optikailag sűrűbb közegből egy optikailag ritkább közeg határfelületéhez érkezve megtörik, akkor c1 < c2. A fenti összefüggésből következik, hogy ilyenkor α < β, azaz a törési szög nagyobb, mint a beesési szög. Ha növeljük a beesési szöget, a törési szög is nő, mígnem eléri a 90°-ot. Ekkor a fény nem lép be a második közegbe, hanem annak felülete mentén halad tovább. Azt a beesési szöget, amelynél a törési szög β = 90°, határszögnek nevezzük. Jelölése: αh. A határszög értéke a törésmutatóból kiszámítható:

{\sin \alpha_ \mathrm{h} = n_{2,1}}\,\!

A beesési szög és a határszög nagyságától függően három eset lehetséges:

  • Ha α < αh, a fény belép a második közegbe, megtörik, és a beesési merőlegessel β szöget bezárva halad tovább.
  • Ha α = αh, a fény a két közeg határfelülete mentén halad tovább.
  • Ha α > αh, a fény nem törik meg, hanem teljes egészében visszaverődik. Ezt a jelenséget teljes visszaverődésnek vagy totálreflexiónak nevezzük.

Felfedezése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A teljes fényvisszaverődést Vitello fedezte fel a 13. században. A fénytörés alapján 1611-ben Johannes Kepler adott magyarázatot a jelenségre. A határszög és a törésmutató közti összefüggést 1802-ben William Hyde Wollaston ismerte fel.[2]

Gyakorlati alkalmazásai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Mivel a legjobb minőségű tükrök is csak a fény 95 százalékát[3] verik vissza, egyes optikai eszközökben a tükrök helyett a teljes fényvisszaverődést használják a fény irányának megváltoztatására. Ilyen alkalmazások például:

Fényképek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Ifj. Zátonyi Sándor: Fizika 11. (ISBN 978-963-19-6321-2), Nemzeti Tankönyvkiadó, Bp. 2009.
  2. Ifj. Gazda István - Sain Márton: Fizikatörténeti ABC (ISBN 963-17-4510-4), Tankönyvkiadó, Bp., 1980.
  3. Dr. Bernolák Kálmán: A fény, Műszaki Könyvkiadó (ISBN 963-10-3770-3), Bp., 1981.

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Teljes fényvisszaverődés témájú médiaállományokat.
Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Optikai kísérletek témájú médiaállományokat.