Brechung

Brechung

Die Erscheinung, daß Licht beim Übergang von einem durchsichtigen Medium in ein anderes seine Richtung ändert, sofern es die Grenzfläche zwischen den beiden Medien nicht senkrecht durchdringt.
Kommt das Licht aus einem Medium A mit dem Brechungsindex n_A und fällt es unter dem Winkel α (Einfallswinkel) gegen das Lot auf der Grenzfläche auf ein Medium B mit dem Brechungsindex n_B, so wird ein Bruchteil an der Grenzfläche reflektiert, der Rest tritt in das Medium B ein und durchdringt dieses unter dem Ausfallswinkel ß gegen das verlängerte Einfallslot. Es gilt das um 1618 aufgestellte Snelliussche Brechungsgesetz sin α : sin ß = n_B : n_A; n_A und n_B sind von der Wellenlänge des Lichtes abhängig (Dispersion). Der Brechungsindex im Vakuum ist n = 1; für Luft kann man mit hinreichender Genauigkeit ebenfalls n = 1 setzen. Das Verhältnis n_B : n_A bezeichnet man als das Brechungsverhältnis der beiden Medien. Die Grenzfläche, an der die Brechung stattfindet, heißt brechende Fläche.

Brechungsindex

Wellenfronten, die von einem Punkt ausgehen, beim Übergang in ein Medium mit einem höheren Brechungsindex. Die Phasengeschwindigkeit der Welle ist unterhalb des grauen Strichs niedriger. Die oben exakt kugelförmigen Wellenfronten sind unten nicht mehr kugelförmig, sondern nahezu hyperbolisch. Diesen Effekt kennt man vom Blick in ein Wasserbecken, der Grund erscheint nicht nur angehoben, sondern zusätzlich gekrümmt.

Brechungskoeffizient, Brechungsquotient, Brechungsvermögen, Brechungsexponent, Brech(ungs)zahl, Kurzzeichen n,
eine Materialkonstante, die für die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle, insbesondere einer Lichtwelle, in dem betreffenden Stoff maßgeblich ist. Der absolute Brechungsindex n ist definiert als das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit in dem Medium: .
Vakuum hat per definitionem einen Brechungsindex von exakt 1. Im sichtbaren Bereich sind die Brechungsindizes realer Materialien so gut wie immer größer als 1.
Die Brechungsindizes zweier Medien A und B verhalten sich umgekehrt wie die Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Lichtes in ihnen . Das Verhältnis n_A : n_B bezeichnet man als Brechungsverhältnis der beiden Medien (relativer Brechungsindex). Es ist ein Maß für die Änderung der Ausbreitungsrichtung einer Welle beim. Übergang vom Medium A in das Medium B und ist nach dem Snelliusschen Brechumgsgesetz durch das Verhältnis des Sinus des Einfallswinkels α zum Sinus des Brechungswinkels ß gegeben (Brechung), Der Brechungsindex ist mit der Wellenlänge veränderlich (Dispersion). Für gewöhnliches Licht sind die Brehungszahlen fast aller Stoffe > 1. Für Gläser liegt n_D (gemessen für die Natrium-D-Linie) zwischen 1,44 und 2,02; für Wasser von 20 °C ist n_D = 1,3330. Bei Röntgenstrahlen wird für die meisten Stoffe n < 1, doch ist die Abweichung von 1 meist nur von der Größenordnung 10^-6. Bedeutend niedrigere Werte als 1 erhält man nur in Gebieten starker Absorption; z.B. ist bei Silber für gewöhnliches Licht n_D = 0,18.
Zur Messung der Brechungszahlen: Brechzahlbestimmung.

Brechungsindex; variabler

kann in Lösungen mit einem Konzentrationsgefälle vorliegen oder auch in der Atmosphäre, da die Dichte mit der Höhe abnimmt (atmosphärische Strahlenbrechung). Während in homogenen Medien die Lichtstrahlen geradlinig verlaufen und nur an Grenzflächen nach dem Snelliusschen Brechungsgesetz (Brechung des Lichtes) gebrochen werden, sind die Lichtstrahlen im Medium mit stetig veränderlichem Brechungsindex gekrümmt. Ist der Brechungsindex eine Funktion des Ortes n = n (x, y, z) und φ der Winkel, unter dem der Lichtstrahl die Fläche konstanten Brechungsindex durchstößt, so ist nach dem Brechungsgesetz einerseits n sin φ = const und daher andererseits dn sin φ + n cos φ dφ = 0, also

Brechungsgesetz

Von A.F. Möbius (1790-1808) ausfestellter Satz, für die Optik ohne praktische Bedeutung, in welchem das Brechungsverhältnis auf ein Doppelverhältnis von 4 Strecken zurückgeführt wird.