▷ Brechungsindex

Dieser Artikel erklärt, was der Brechungsindex in der Physik ist. So finden Sie die Definition des Brechungsindex, wie Sie den Brechungsindex berechnen und zusätzlich eine Tabelle mit den Werten der Brechungsindizes der verschiedenen Materialien.

Was ist der Brechungsindex?

Der Brechungsindex eines Mediums ist ein Koeffizient, der angibt, um wie viel die Geschwindigkeit des Lichts (oder anderer Wellen) im Verhältnis zum Vakuum im Medium verringert wird. Der Brechungsindex wird auch verwendet, um das Ausmaß zu bestimmen, in dem der Lichtweg beim Übergang von einem Medium in ein anderes abgelenkt oder gebrochen wird.

Ebenso ermöglicht uns der Brechungsindex, die Änderung der Wellenlänge zu berechnen, wenn eine Welle in ein anderes Medium eintritt, da die Eigenschaften des Mediums, durch das sich eine Welle ausbreitet, nicht nur ihre Geschwindigkeit, sondern auch ihre Atmosphäre beeinflussen.

Die Frequenz einer Welle wird jedoch durch das Medium, in dem sie sich ausbreitet, nicht verändert. Der Brechungsindex bestimmt also die Geschwindigkeit und Länge der Welle, nicht jedoch deren Frequenz.

Formel für den Brechungsindex

Der Brechungsindex ist definiert als der Quotient zwischen der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (c = 3,10 ⁸ m/s) und der Lichtgeschwindigkeit im Medium (v). Um den Brechungsindex zu berechnen, müssen Sie daher die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum durch die Lichtgeschwindigkeit im Medium dividieren (n=c/v).

Die Formel zur Berechnung des Brechungsindex lautet daher wie folgt:

$n=\cfrac{c}{v}$

Gold:

$n$

ist der Brechungsindex des Mediums.
$c$

ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (3·10 ⁸ m/s).
$v$

ist die Lichtgeschwindigkeit in dem Medium, in dem der Brechungsindex berechnet wird.

In ähnlicher Weise kann der Brechungsindex eines Mediums auch durch Berechnen der Quadratwurzel des Produkts zwischen der relativen Permittivität des Materials und der relativen elektromagnetischen Permeabilität bestimmt werden:

$n=\sqrt{\epsilon_r\cdot \mu_r}$

Gold:

$n$

ist der Brechungsindex des Mediums.
$\epsilon_r$

ist die relative Permittivität des Materials.
$\mu_r$

relative elektromagnetische Permeabilität.

Tabelle der Brechungsindexwerte

In der folgenden Tabelle sehen Sie die Brechungsindexwerte verschiedener Medien:

Material	Brechungsindex
Leer	1
Luft (0 ºC und 1 bar)	1 0002926
Methanol (20 °C)	1.329
Wasser	1.3330
Acetaldehyd	1,35
Zuckerlösung (30%)	1,38
1-Butanol (20 ºC)	1.399
Heptanol (25 °C)	1.423
Glas	1,45
Glycerin	1.473
Benzol (20 °C)	1.501
Zuckerlösung (80%)	1,52
Quarz	1.544
Natriumchlorid	1.544
Schwefelkohlenstoff	1.6295
Diamant	2.42

Der Brechungsindex und das Snelliussche Gesetz

Das Snelliussche Gesetz ist ein physikalisches Gesetz, das den Brechungsindex zweier verschiedener Medien mit dem Einfallswinkel und dem Brechungswinkel in Beziehung setzt. Daher wird das Snelliussche Gesetz verwendet, um den Brechungswinkel des Lichts zu berechnen, wenn es eine Oberfläche durchquert, die zwei Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex trennt.

Die Formel für das Snelliussche Gesetz lautet:

$n_1\cdot \text{sin}(\theta_1)=n_2\cdot \text{sin}(\theta_2)$

Gold:

$n_1$

ist der Brechungsindex des Mediums, auf das Licht fällt.
$\theta_1$

ist der Winkel, den der Lichtstrahl mit der Normalen des Mediums bildet, auf das das Licht fällt.
$n_2$

ist der Brechungsindex des Mediums, in dem Licht gebrochen wird.
$\theta_2$

ist der Winkel, den der Lichtstrahl mit der Normalen des Mediums bildet, in dem das Licht gebrochen wird.

➤ Siehe: Snelliussches Gesetz

Brechungsindex und Totalreflexion

In der Physik ist der kritische Winkel (oder Grenzwinkel) der Winkel, den man durch Berechnung des Kehrwerts des Sinus des Quotienten zwischen dem Brechungsindex des Mediums, in das der Lichtstrahl fällt, und dem Brechungsindex des Mediums, in dem er gebrochen wird, erhält . .der Lichtstrahl

Die Formel für den kritischen Winkel lautet also wie folgt:

$\text{sin}(\theta_c)=\cfrac{n_2}{n_1}$

$\displaystyle \theta_c=\text{arcsen}\left(\frac{n_2}{n_1}\right)$

Gold:

$\theta_c$

ist der kritische Winkel.
$n_1$

ist der Brechungsindex des Mediums, in das Licht fällt.
$n_2$

ist der Brechungsindex des Mediums, in dem Licht gebrochen wird.

Wenn also der Einfallswinkel θ ₁ größer als der kritische Winkel ist, wird der Lichtstrahl vollständig im Inneren des Mediums reflektiert, auf das er trifft. Mit anderen Worten: Wenn der Einfallswinkel θ ₁ größer als der kritische Winkel ist, wird das Licht nicht gebrochen, sondern reflektiert und gelangt daher nicht in das andere Medium, sondern verbleibt in derselben Umgebung.

Dieses physikalische Phänomen wird Totalreflexion genannt und tritt auf, wenn der Einfallswinkel des Lichtstrahls größer als der kritische Winkel ist, mit dem Sie berechnen können

Was ist der Brechungsindex?

Formel für den Brechungsindex

Tabelle der Brechungsindexwerte

Der Brechungsindex und das Snelliussche Gesetz

Brechungsindex und Totalreflexion

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