빛의 성질1 (빛의 반사와 굴절, 임계각과 전반사)

[손수학]

빛의 반사와 굴절

빛이 보석광물의 표면에 닿으면 일부는 흡수되고 일부는 되돌아 옵니다. 이 때 빛의 일부가 되 돌아오는 현상을 반사(Reflection)이라고 하는데 물체표면이 매끈할수록 반사효과 큽니다.

스넬의반사법칙(Snell's the law of reflection)
1. 광선의 입사각과 반사각은 같습니다.
2. 입사광, 법선 그리고 반사광은 한 평면내에 있습니다.

밀도가 다른 두 매질의 경계를 90도가 아닌 각도로 빛이 입사하면 광선의 진행 방향이 변하는데 이를 굴절(Refraction)이라고 합니다. 이는 두 매질에서 빛의 속도가 다른기 때문입니다. 공기중에서의 빛의 속도와 어떤 물체 속에서의 빛의 속도와의 비율이 굴절율입니다.

굴절율 = 공기중에서의 빛의속도/어떤 물체 속에서의 빛의 속도우리는 다음과 같이 다이아몬드의 굴정율을 계산해 낼 수 있습니다.

   공기중에서의 빛의속도= 300,000km/sec
  다이아몬드속에서 빛의속도= 124,000km/sec
다이아몬드의 굴절율=300,000/124,000= 2.42 입니다.

빛의 복굴절 현상

방해석의 높은 복굴절율에 의해 젓가락이 이중으로 보인다

유리나 다이아몬드에 빛이 입사하면 입사한 광선은 한 방향으로 굴절하는데 방해석이나 석영같은 물질에 빛이 입사하면 두 개의 광선으로 분리되며 빛이 진행하는데 이를 복굴절(Double refraction)이라고 합니다. 직선을 그은 종이 위에 방해석 결정을 올려 놓으면 빛의 복굴절 현상에 의해 직선이 이중으로 보입니다.

이 복굴절현상에 대해서는 다음에 자세히 다루겠습니다.

입계각과 전반사

빛이 밀도가 큰 물질에서 밀도가 작은 물질로 들어갈 때 아래 그림과 같이 굴절하는 것을 관찰할 수 있습니다.

왼쪽 그림에서 1)와 같이 수직으로 입사한 빛은 그 방향이 변하지 않고 결정면에 수직으로 나옵니다.

2)방향으로 빛이 입사하면 굴절의 법칙에 따라 2)'방향으로 굴절합니다.

입사각이 점점 커져 3)번 처럼 굴절각이 90도가 되면 3)'의 빛은 두 매질의 경계면을 따라 진행하게 되는데 이때의 입사각을 임계각(Critical angle)이라고 합니다.

4)처럼 만약 입사각이 더 커지면 빛은 반사를 일어켜 되돌아 오게되는데 이러한 현상을 전반사(Total reflection) 또는 내부 전반사(Total internal reflection)라고 합니다.

이러한 전반사는 보석에 있어서 매우 중요합니다.아래 서술에 귀기울이세요.

1. 전반사는 굴절율이 큰 물질에서 작은물질로 빛이 통과할 때 일어나며 임계각보다도 큰각으로 입사할 때 일어납니다.
2. 굴절율이 크면 클수록 광선을 구부리게 하는 능력이 크며  임계각은 작아집니다. 굴절율이 작을수록 임계각은 크집니다.
3. 굴절율이 클수록 많은 양의 빛이 전반사되어 나오므로 보석의 광채(휘광성:Brilliant)가 좋아집니다.
4. 전반사의 원리는 굴절율을 측정하는 굴절계의 기본원리가 됩니다.

보석학일반강의

강의제목:

빛의 성질 1

빛의 반사와 굴절
빛의 복굴절
전반사와임계각 

중요 포인트
	빛의 정의와 빛의 구성성분 그리고 빛의종류에 대한 상식적 내용을 잘 정리해 둡시다.