Brechung und Totalreflexion an Plexiglas / Luft

Kurzbeschreibung

Zunächst wird das einfallende Licht beim Eintritt in die plankonvexe Linse aus Glas aufgrund des Snelliusschen Brechungsgesetzes zum Einfallslot hin gebrochen. Nach dem Durchlaufen der Linse tritt das Licht jedoch aus einem optischen dichteren Medium mit Brechungsindex n₁ in ein optisches dünneres Medium, z.B. Luft, mit Brechungsindex n₂über. Seine Richtungsänderung folgt dem Snelliusschen Brechungsgesetz n₁ sin α = n₂ sin β
,wobei a der Einfallswinkel auf die planare Oberfläche im Medium mit Brechungsindex n₁ ist, und ß der Ausfallswinkel im Medium mit Brechungsindex n₂ ist. Die Winkel werden zur Normalen auf die planare Grenzfläche gemessen.
Der Lichtstrahl tritt also unter dem Winkel β aus; aufgrund der Brechungsindizes ist dabei β größer als α. Der Strahl wird also beim Übertritt von einem optisch dichteren in ein optisch dünneres Medium von der Normalen weggebrochen.

Kritischer Winkel, Totalreflexion

Je größer der Einfallswinkel desto größer auch der Ausfallswinkel; dies folgt aus dem Snelliusschen Brechungsgesetz. Falls n₁ > n₂, wie etwa beim Übergang von einer plankonvexen Linse aus Glas zu Luft, so existiert ein kritischer Winkel am, für den der zugehörige Ausfallswinkel β = 90° beträgt. Das bedeutet, dass der gebrochene Strahl gerade entlang der Grenzfläche zwischen den beiden Medien verläuft.
Ist der Einfallswinkel α größer als dieser kritische Winkel so tritt kein Licht mehr aus dem dichteren Medium aus; die gesamte Lichtenergie wird reflektiert. Dies nennt man Totalreflexion. Mit diesem Prinzip lässt sich Licht einfangen und weiterleiten; beispielsweise wird dieses Prinzip bei Glasfaserkabeln genutzt

Betriebsanleitungen: Laser, Elektrogeräte

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