임계각은 꼭 90도만 되는 것인가요?
안녕하세요? 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 빛이 굴절되어 나갈때 입사각이 커지면 굴절가도 커지잖아요~ 입사각이 점점 커져 굴절각이 90도가 될때 입사각을 임계각이라고 하는데요~ 그럼 임계각은 꼭 90도만 되는 건가요?
안녕하세요.
임계각(critical angle)은 굴절률이 더 큰 매질에서 굴절률이 더 작은 매질로 빛이 이동할 때, 빛이 매질 경계에서 완전히 내부 반사(total internal reflection)를 일으키기 시작하는 특정 입사각을 의미합니다. 이 입사각에서 굴절각이 90도가 되어 빛은 경계면을 따라 진행하게 됩니다.
임계각을 결정하는 것은 두 매질의 상대적인 굴절률에 의존합니다. 빛이 더 높은 굴절률을 가진 매질에서 더 낮은 굴절률을 가진 매질로 이동할 때, 입사각이 임계각 이상으로 커지면 빛은 더 이상 굴절되지 않고 매질 경계에서 완전히 반사됩니다. 이 현상은 내부 전반사라고 하며, 특히 광섬유와 같은 기술에서 중요하게 활용됩니다.
임계각은 다음과 같은 식으로 계산할 수 있습니다 :
θc = sin⁻¹(n₂ / n₁)
여기서 θc는 임계각, n₁은 빛이 처음으로 이동하고 있는 매질의 굴절률(더 큰 굴절률), n₂는 빛이 이동하려면 매질의 굴절률(더 작은 굴절률)입니다. 이 식은 n₂가 n₁보다 작을 때만 유효합니다. 이러한 조건 하에서만 내부 전반사와 임계각이 존재할 수 있습니다.
따라서, 임계각이 꼭 90도인 것은 아니며, 이는 입사각이 그 정도에 이르렀을 때 굴절각이 90도가 되는 상황을 설명하는 것입니다. 각 매질의 굴절률에 따라 임계각은 다양할 수 있으며, 항상 90도는 아닙니다.