Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления n1 (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления n2 (оптически менее плотную) (n1> n2), например из стекла в воду, то, согласно (sini2/sini1)=(n1/n2)>1. Отсюда следует, что преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления i2 больше, чем угол падения i1 (см. рис.1). С увеличением угла падения увеличивается угол преломления до тех пор, пока при некотором угле (i1=i пр) угол преломления не окажется равным p/2. Угол iпр называется предельным углом. При углах падения i1>iпр весь падающий свет полностью отражается (рис. 2).
рис.1 рис.2
По мере приближения угла падения к предельному интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного - растет. Если i1 = iпр , то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего (рис. 2). Таким образом, при углах падения в пределах от iпр до p/2 луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением.
Предельный угол iпр определим из формулы: n1*sini1 = n2*sini2 при подстановке в нее i2 =p/2. Тогда siniпр = n2/n1 = n21 . Этому уравнению удовлетворяет значениям угла iпр при n2£n1 . Следовательно, явление полного отражения имеет место только при падении света из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную.
Явление полного отражения используется в призмах полного отражения (они используются в оптических приборах биноклях, перископах, а также в рефрактометрах, позволяющих определять показатели преломления тел), в световодах (светопроводах).
Если n21<1, то может оказаться, что величина sinj, формально вычисляемая по формуле (sinj/ siny)= n21, начнет превосходить единицу, т.е. sinj/n21>1. Соответствующего угла преломления не существует. Поэтому преломленный угол не возникает, а свет отражается полностью. Это явление называется полным отражением. Угол падения, при котором оно возникает, определяется условием j³j0, причем sinj0= n21. Величина j0 называется предельным углом полного отражения.