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 !!!