1. 개요
total reflection · 全反射빛과 같은 파동이 특정면에서 굴절되는 대신에 100% 반사되는 현상이다.
파동이 서로 다른 물질로 입사할때, 입사각이 물질의 임계각보다 클 경우에 전반사가 일어나서 파동이 굴절하며 나아가는 대신에 원래 매질 쪽으로 진행 방향이 바뀌어 돌아온다. 전반사가 일어나기 위해서는 빛과 같은 파동이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 진행해야 하며, 입사각이 매질의 임계각보다 커야한다.
빛의 전반사는 반원형 유리나 투명 플라스틱 렌즈를 사용하면 쉽게 관찰할 수 있다. 레이저 포인터같은 광원에서 나오는 직진 광선을 렌즈의 곡면 쪽으로 입사시킬때, 처음에는 곡면 뒤의 수평면과 수직에 가깝게 입사시키다가 광원의 방향을 곡면을 따라 조금씩 이동시킨다. 이때 빛은 입사각이 커짐에 따라서 수평면에서 다시 공기로 나올때 굴절을 하다가, 어느 순간부터 굴절되어 나오는 빛의 세기가 줄어들고 빛이 유리 내부에서 반사되는 것을 볼 수 있을 것이다. 이 현상이 바로 전반사로, 유리(수평면)에서 공기로 입사하는 빛의 입사각이 유리의 임계각보다 커졌기 때문에 빛이 굴절하면서 직진하지 않고 도로 반사된 것이다.
2. 임계각
[math(n_{1}<n_{2})]가 성립할 때, 굴절률 [math(n_{2})]인 매질 II에서 굴절률 [math(n_{1})]인 매질 I로 빛을 [math(\theta_{2})]의 입사각으로 입사한다고 가정해보자. 이때, 특수 조건을 만족하면 굴절각 [math(\theta_{1}=90\degree)]가 되는데, 그 각을 임계각(critical angle)이라 한다. 해당 각 초과로 입사할 시 전반사가 일어나게 된다.해당 임계각은 스넬의 법칙
[math( \displaystyle n_{2}\sin{\theta_{2}}=n_{1}\sin{(90\degree)} )]
을 적용하여
[math( \displaystyle \theta_{2}=\arcsin{\biggl(\frac{n_{1}}{n_{2} }\biggr)} )]
임을 얻는다.
빛이 유리에서 공기로 진행할때의 임계각은 [math(41.8\degree)]이다.
3. 요약
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