Der Hauptunterschied zwischen Totalreflexion und Brechung besteht darin, dass Totalreflexion das vollständige Unterwasserbild ohne Helligkeitsverlust ist, während Brechung die Richtungsänderung einer Welle ist, die von einem Medium zum anderen übergeht.
Totalreflexion und -brechung sind optische Phänomene, die hauptsächlich in der Physik und analytischen Chemie diskutiert werden.
Was ist Totalreflexion?
Total Internal Reflection oder TIR ist ein optisches Phänomen, das die Lichtreflexion unter Wasser beschreibt, die als Spiegel ohne Helligkeitsverlust erscheint. Im Allgemeinen tritt diese Art der Reflexion auf, wenn die Wellen eines Mediums ausreichend auf die extern auftretende Grenze zu einem anderen Medium treffen. Dort bewegen sich die Wellen im zweiten Medium tendenziell schneller als im ersten, und das zweite Medium sollte für die Wellen vollkommen transparent sein. Totalreflexion tritt typischerweise bei elektromagnetischen Wellen wie Licht und Mikrowellen auf, kann aber auch bei einigen anderen Wellen wie Schall- und Wasserwellen auftreten.
Wir können die Totalreflexion von Licht mit einem halbrunden zylindrischen Block aus gewöhnlichem Glas oder Acrylglas beschreiben. Dort projiziert eine „Strahlenbox“einen schmalen Lichtkegel radial nach innen. Dann ermöglicht der halbkreisförmige Querschnitt des Glases, dass dieser schmale Lichtstrahl senkrecht zu dem gekrümmten Teil der Luft/Glas-Oberfläche bleibt, wodurch er sich in einer geraden Linie in Richtung des flachen Bereichs der Oberfläche fortsetzt, aber der Lichtwinkel mit dem flacher Bereich variiert.
Abbildung 01: Totalreflexion in einem Aquarium
Sehen wir uns nun einige alltägliche Beispiele für totale innere Reflexion an. Wenn wir neben einem Aquarium stehen und unsere Augen unter dem Wasserspiegel haben, können wir Fische und untergetauchte Objekte sehen, die sich in der Wasser- und Luftoberfläche spiegeln. Hier ist die Helligkeit des reflektierten Bildes normalerweise verblüffend. Wenn wir unsere Augen öffnen, während wir direkt unter der Wasseroberfläche schwimmen, erscheint die Oberfläche ähnlich wie ein Spiegel, der Objekte darunter reflektiert, wenn das Wasser ruhig ist.
Was ist Lichtbrechung?
Refraktion ist die Richtungsänderung einer Welle, die von einem Medium zum anderen übergeht. Dies tritt auch auf, wenn ein allmählicher Wechsel im gleichen Medium erfolgt. Licht ist das häufigste Thema beim Brechungsphänomen, aber es gibt auch einige andere Wellen, darunter Schallwellen und Wasserwellen. Wir können den Betrag der Brechung einer Welle bestimmen, indem wir die Änderung der Wellengeschwindigkeit und die anfängliche Richtung der Wellenausbreitung im Verhältnis zur Richtung der Geschwindigkeitsänderung beobachten.
Abbildung 02: Brechung folgt dem Snellschen Gesetz
Im Fall von Licht folgt die Brechung dem Snellschen Gesetz. Dieses Gesetz besagt, dass für ein gegebenes Medienpaar das Verhältnis zwischen dem sin-Wert des Einfallswinkels und dem Brechungswinkel gleich dem Verhältnis zwischen den Phasengeschwindigkeiten in diesen beiden Medien und äquivalent gleich dem Verhältnis ist der Brechungsindizes der beiden Medien.
Typischerweise neigen die optischen Prismen und Linsen dazu, Lichtbrechung zu verwenden, um Licht umzulenken, was auch im menschlichen Auge vorkommt. Dort neigt der Brechungsindex der Materialien dazu, mit der Wellenlänge des Lichts zu variieren; daher variiert auch der Brechungswinkel. Wir nennen es „Streuung“, und es bewirkt, dass Prismen und Regenbögen das weiße Licht in seine Spektralfarben zerlegen.
Was ist der Unterschied zwischen Totalreflexion und Refraktion?
Totalreflexion und Refraktion sind optische Phänomene, die hauptsächlich in der Physik und analytischen Chemie diskutiert werden. Der Hauptunterschied zwischen interner Totalreflexion und Brechung besteht darin, dass interne Totalreflexion das vollständige Unterwasserbild ohne Helligkeitsverlust ist, während Brechung die Richtungsänderung einer Welle ist, die von einem Medium in ein anderes übergeht.
Die folgende Infografik fasst den Unterschied zwischen Totalreflexion und Refraktion tabellarisch zusammen.
Zusammenfassung – Totale interne Reflexion vs. Refraktion
Totalreflexion und Brechung sind zwei optische Phänomene. Der Hauptunterschied zwischen Totalreflexion und Brechung besteht darin, dass Totalreflexion das vollständige Unterwasserbild ohne Helligkeitsverlust ist, während Brechung die Richtungsänderung einer Welle ist, die von einem Medium zum anderen übergeht.
