Angle limite de réfraction. Application.
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Angle limite de réfraction. Application.
Du phénomène physique à l’application pratique
Verre: n1=1.51
Air: n2=1,00
i=30°
En passant du verre dans l’air, le rayon lumineux est réfracté.
Air:n2=1,00
Verre: n1=1.51
i=41°
En passant du verre dans l’air, le rayon lumineux est toujours réfracté.
Air: n2=1,00
Verre: n1=1.51
i=64°
Le rayon lumineux ne sort plus du verre, il subit une réflexion totale.
A partir d’une certaine valeur de l’angle d’incidence i, la lumière passant du verre dans l’air n’est plus réfractée, elle subit une réflexion totale : cet angle s’appelle angle limite de réfraction verre-air, on le note imax .
Calculons la valeur de cet angle limite imax.Appliquons la loi de réfraction de Snell-Descartes : n1 . sin i = n2 . sin r D’où : sin r = n1/n2 x sin i avec n1 = 1.51 et n2 = 1.00 Soit : sin r = 1.51/1,00 x sin i = 1.51 x sin i Or : sin r doit toujours être inférieure ou égale à 1. (Un sinus est compris dans l’intervalle [-1;+1] D’où : L’angle limite pour la réfraction verre-air est : imax = 41.5°,au-delà de cette valeur, on n’observe plus de réfraction, il se produit une réflexion totale :
sin i < 0.662 i < 41.5°ÞÞ
Þsin r < 1 sin i < 1/1.511.51 x sin i < 1Þ
Voir illustration
Angle limite de réfraction verre-air
imax=41.5°
Airn2=1.00
Verren1=1.51
Indice : n1
Indice : n2Partie interne :Cœur de la fibre
Partie externe de la fibre
Application : les fibres optiquesLes fibres optiques permettent de conduire la lumière sur de
très grandes distances.Une fibre de verre peut être constituée de :
Les deux indices de réfraction doivent être assez proches, avec la première condition suivante :n2 › n1
Exemple : n2=1.52 et n1=1.50 Deuxième condition :L'angle d'incidence i de la lumière sur la paroi de séparation des deux milieux doit être supérieur à l’angle limite de réfraction imax
Comment une fibre optique conduit-t-elle la lumière ?
n2
n1
Le principe de fonctionnement d’une fibre optique est basé sur la réflexion totale de la lumière à la surface de séparation des deux milieux.
La lumière se propage dans le cœur de la fibre par réflexions totales successives sur la paroi de séparation des deux milieux.
Un piège à lumière !!!