Comprueba las dos condiciones en orden
La primera condición es n₁ > n₂. La reflexión interna total puede ocurrir del vidrio al aire, pero no del aire al vidrio. La segunda condición es que el ángulo de incidencia, medido desde la normal, supere el ángulo crítico.
El ángulo crítico es el ángulo de incidencia para el que la ley de Snell da una refracción de 90°: sinθc = n₂/n₁. Una relación de índices n₂/n₁ menor da un ángulo crítico menor. Un ángulo de incidencia grande por sí solo no basta para determinar la reflexión interna total.
Por debajo, en y por encima del ángulo crítico ocurren fenómenos distintos
Por debajo del ángulo crítico, la luz refractada puede propagarse en el medio de menor índice. En el ángulo crítico, el rayo refractado ideal sigue la superficie de separación. Por encima, la ley de Snell no da un ángulo real para un rayo refractado propagante.
En la descripción ondulatoria, la reflexión interna total puede producir un campo evanescente que decae exponencialmente cerca del límite en el medio de menor índice. Por tanto, no es correcto afirmar que no existe ningún campo electromagnético al otro lado. Esta página y su modelo de rayos tratan de si un rayo refractado se propaga lejos del límite.
¿Cómo se utiliza en las fibras ópticas?
Las fibras ópticas se fabrican con un índice de refracción superior al del recubrimiento que rodea al núcleo central, lo que permite que dispersen la luz. Cuando la luz entra en una dirección adecuada, cumple las condiciones para la reflexión total en el límite del núcleo y continúa. Esto puede describirse como una trayectoria donde la luz se refleja repetidamente, mediante un diagrama de rayos de luz simple.
No es cierto que toda la luz que entra en cualquier dirección sea automáticamente atrapada. El ángulo de entrada, los índices de refracción del núcleo y del recubrimiento, y el grado de curvatura, influyen en la transmisión. Para fibras extremadamente delgadas, los modos y las pérdidas reales requieren un análisis de ondas más detallado que un modelo de rayos de borde único.
Relaciones y símbolos clave
sinθc = n₂/n₁ (n₁ > n₂) · reflexión interna total cuando θ_incidencia > θc
| Símbolo | Significado | Unidad |
|---|---|---|
| n₁ | Índice de refracción del medio de incidencia | Adimensional |
| n₂ | Índice de refracción del otro medio | Adimensional |
| θc | Ángulo crítico medido desde la normal | ° o rad |
Ejemplo resuelto
¿Cuál es el ángulo crítico cuando una esfera sale de un vidrio con un índice de refracción de 1.5 y entra al aire?
El ángulo es θc = arcsin(1/1.5) ≈ 41.8°. A 30°, existe refracción, y a 50°, existe reflexión interna total. Si el medio incidente se invierte, es decir, si el medio en el que incide la luz se invierte, entonces esta condición de reflexión interna total no se aplica, incluso a 50°.
Errores frecuentes
- Aumentar el ángulo de incidencia cuando la luz pasa del aire al vidrio no produce reflexión interna total en esa dirección.
- El ángulo crítico es un ángulo de incidencia que da un ángulo de refracción de 90°; no es el ángulo de reflexión.