زاویه حد

زاویه حد(Critical Angle)
 

تعریف:

اگر تابش از محیط غلیظ با ضریب شکست بالا بر محیط رقیق با ضریب شکست پایین صورت گیرد (n1>n2) بنابراین قانون اسنل با این شرایط ، مبهم می شود. زیرا
(sin r=n1/n2 sin i) که در آن(1< n2/1n) بنابر این احتمال دارد، برای i های بزرگ sin r بزرگتر از واحد شود. پس یک زاویه بحرانی تعریف می کنیم که حد بیشینه sin r را به ما دهد که برابر واحد یا زاویه اش r=90 هست.

یعنی به ازای sin r=1 خواهیم داشت زاویه حد (c=i) را که از رابطه زیر یافت می شود: (c=arcsin n2/n1)
به عنوان مثال اگر تابش از هوا بر شیشه باشد داریم:n=1.5 بنابراین درجه c~41 خواهد شد. بهتر است بدانید کهc از کلمه لاتین Critical به معنی بحرانی اخذ شده است.
 

 

مفهوم فیزیکی:

زاویه شکست نود درجه (90) بدان معنی است که پرتوی عبوری از مسیری قائم بر خط عمود (موازی فصل مشترک دو محیط)خواهد داشت به عبارتی در زوایای بزرگتر از C ، عبوری بر محیط دوم نخواهیم داشت.

کاربرد های زاویه حد:

1. جهت کنترل مسیر نور های خروجی و هدایت آنها بر فصل مشترک محیط ها در دستگاه های نوری از این مفهوم استفاده می شود.
    
2. سیستم هایی که در آنها تابش های شعاعی مطرح است و فصل مشترک محیط ها شعاع های کرات فرضیی می باشد که مؤلفه های نور خروجی در مسیر شعاع کرات قرار می گیرد و مسأله تقارن شعاعی پیدا می کند و از حالت سه بعدی به تک بعدی تبدیل شده کمیات مربوط به نور از جمله شدت، طول موج ، سرعت نور و.... اندازه گیری و محاسبه می گردد.
    
3. موادی که دارای ضریب شکست مجهولی هستند می توانیم آنها را در فصل مشترک با یک ماده با ضریب شکست معلوم تنظیم نماییم و سیستم را درحالت زاویه حد تنظیم نموده و ضریب شکست محیط مجهول و از روی آن تمام خواص نوری آن محیط را بدست آوریم. (n=sin c) که در آن c زاویه حد و n ضریب شکست نسبی بین دو محیط می باشند.
    
4. در اکثر دستگا های نوری از زاویه حد و زاویه بروستر بهره می گیرند از جمله از این سیستم ها تلسکوب های نوری ، فاصله یاب های نوری ، بیناب سنج ها ( طیف سنج ها )، تداخل سنج ها و...را می شود نام برد.
5. برخی زاویه سنج ها را بر حسب زاویه حد کالیبره نموده اند. و نیز سیستم های خودکار (اتوماتیک) را نیز طوری تنظیم می کنند که وقتی زاویه حد بر قرار شد سیستم قطع یا وصل شود به عبارتی سیستم کنترلی زاویه داری را بر روی دستگاه ها سوار می کنند تا همانند بمب های که همانند بمب های اتمی که از روی ساعت تنظیم می شوند اینجا نیز تنظیم با زاویه حد است این نوع کنترل سیستم ها را سویچ زنی بحرانی گویند.