ક્રાંતિક કોણ (critical angle) : પૂર્ણ આંતરિક પરાવર્તનની ઘટના સાથે સંકળાયેલી એક મહત્વની ભૌતિક રાશિ. પ્રકાશનું કિરણ પ્રકાશના ઘટ્ટ માધ્યમમાંથી પાતળા માધ્યમમાં પ્રસરી રહ્યું હોય ત્યારે ઘટ્ટ માધ્યમમાંના કિરણની એક ચોક્કસ દિશા માટે, પાતળા માધ્યમમાં બહાર આવી રહેલું કિરણ, બે માધ્યમને છૂટાં પાડતી સપાટી(surface of separation)ને સમાંતરે બહાર આવતું હોય છે. તે વખતે ઘટ્ટ માધ્યમમાંનું પ્રકાશનું કિરણ બે માધ્યમને છૂટી પાડતી સપાટીમાં જે બિંદુએ આપાત થાય તેમાંથી લંબ દોરતાં, લંબ અને તે કિરણ વચ્ચેના (આપાત) કોણને ક્રાંતિક કોણ કહે છે. તેની સંજ્ઞા C છે. ક્રાંતિક કોણ વખતે પાતળા માધ્યમમાંના વક્રીભૂત કોણ (∠r)નું મૂલ્ય 90° હોય છે અને કિરણ સપાટીને સમાંતરે બહાર આવતું હોય છે.
જો હવાને મુકાબલે ઘટ્ટ માધ્યમનો વક્રીભવનાંક (index of refraction અથવા refractive index) μ હોય તો,
સ્નેલના નિયમ, ઉપરથી, આ કિસ્સામાં,
વક્રીભવન ઘટ્ટ માધ્યમમાંથી પાતળા માધ્યમ પ્રતિ હોવાથી mને બદલે તેનો વ્યસ્ત લેવામાં આવે છે. આપાત કોણ i = ક્રાંતિક કોણ C અને વક્રીભૂત કોણ r = 90° લેતાં,
આમ ક્રાંતિક કોણ C-નું મૂલ્ય જાણવાથી ઘટ્ટ માધ્યમના વક્રીભવનાંક μ-નું મૂલ્ય મળે છે.
ઘટ્ટ માધ્યમમાંના કિરણની દિશા એવી હોય કે જેથી ઘટ્ટ માધ્યમમાંના આપાત કોણનું મૂલ્ય ક્રાંતિક કોણ કરતાં વધુ (>C) બને ત્યારે તે કિરણ પાતળા માધ્યમમાં બહાર આવવાને બદલે તેનું પરાવર્તન થઈને ઘટ્ટ માધ્યમમાં જ પાછું ફેંકાય છે. ભૌતિકશાસ્ત્રમાં આ ઘટના ‘પૂર્ણ આંતરિક પરાવર્તન’ તરીકે ઓળખાય છે. તેના કેટલાક ઉપયોગનું વર્ણન નીચે દર્શાવેલ છે :
પ્રશ્નાર્થચિહન આકારની કાચની પોલી નળીને એક છેડેથી પ્રકાશિત કરતાં, નળી દ્વારા વારંવાર પૂર્ણ આંતરિક પરાવર્તન નીપજવાથી, ગળાની અંદરના ભાગને પ્રકાશિત કરીને, દાક્તર તેને સહેલાઈથી તપાસી શકે છે.
કૅલ્સાઇટ(CaCO3)નો કુદરતી રીતે મળતો સ્ફટિક દ્વિ-વક્રીભવનકારક (doubly refracting) પ્રકારનો હોવાથી, બેવડું વક્રીભવન દાખવી, એકને બદલે બે વક્રીભૂત કિરણો ઉત્પન્ન કરે છે. આમાંના એક કિરણનો લોપ (elimination) કરવા માટે, સ્ફટિકને ચોક્કસ દિશામાં કાપીને બે ટુકડા કરી, તેમને કૅનેડા બાલ્સમ નામના પારદર્શક ગુંદર વડે ચોંટાડવામાં આવે છે. કૅનેડા બાલ્સમના વક્રીભવનાંકનું મૂલ્ય, ઉદભવતાં બંને કિરણોના વક્રીભવનાંકનાં મૂલ્યોને વચગાળે હોય છે. તેથી એક કિરણ માટે કૅનેડા બાલ્સમની સપાટી સ્ફટિક કરતાં પાતળા માધ્યમ તરીકે વર્તે છે અને સ્ફટિકમાંના કિરણની દિશા > C હોય ત્યારે તેનું પૂર્ણ આંતરિક પરાવર્તન થાય છે. સ્ફટિકની બાજુઓ કાળી રંગેલી હોવાથી આ કિરણ શોષાઈ જઈ, ફક્ત એક જ કિરણ બહાર આવતું હોય છે. કૅલ્સાઇટનો સ્ફટિક હવે ‘નિકોલ પ્રિઝમ’ તરીકે ઓળખાય છે. તેનો ઉપયોગ ધ્રુવીભૂત પ્રકાશ ઉત્પન્ન કરવા માટેના ધ્રુવક (polarizer) તરીકે તેમજ પ્રકાશનું વિશ્લેષણ (analysis) કરવા માટેના વિશ્લેષક (analyser) તરીકે થાય છે.
હીરાને પણ એ પ્રમાણે કાપવામાં આવે છે કે જેથી પ્રકાશનું પૂર્ણ આંતરિક પરાવર્તન થવાથી તે ઝળહળે છે.
બાઇસિકલના રિફ્લેક્ટર કાચ વડે પણ તેની પાછળ આવી રહેલા વાહનનો પ્રકાશ આપાત થતાં, પ્રકાશનું પૂર્ણ આંતરિક પરાવર્તન થવાથી, રિફ્લેક્ટરનો કાચ, લાલ રંગથી ઝળહળી ઊઠે છે અને પાછળ આવી રહેલા વાહનને તેની આગળના વાહનની જાણ કરે છે.
કે. ટી. મહેતા