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Was ist der Brechungsindex?

Antwort #1

Level 2 (ohne höhere Mathematik)
Beantwortet von
Lichtgeschwindigkeit in einem Medium
Unterschiedliche Lichtgeschwindigkeiten im Vakuum und im Medium.

Der Brechungsindex \(n\) ist eine dimensionslose Größe, die das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit \(c\) im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit \(c_{\text m}\) im Medium beschreibt:

Anker zu dieser Formel

Hierbei ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum eine Naturkonstante mit dem Wert \( c = 3 \cdot 10^8 \, \frac{\mathrm m}{\mathrm s} \).

Um also den Brechungsindex zu bestimmen, müssen wir das Licht aus dem Vakuum in ein durchsichtiges Medium (z.B. Wasser, Glas) schicken und die Lichtgeschwindigkeit im Medium messen. Aus dem Verhältnis 1 können wir den Brechungsindex berechnen.

  • Der Brechungsindex \(n\) ist umso größer, je langsamer sich das Licht im Medium ausbreitet.

  • Der Brechungsindex \(n\) ist umso kleiner, je schneller sich das Licht im Medium ausbreitet. Da die Vakuumlichtgeschwindigkeit die maximal mögliche Geschwindigkeit ist, kann der Brechungsindex nicht kleiner als \(n=1\) werden.

Die Bezeichnung "Brechungsindex" kommt vom Begriff der Lichtbrechung. Wenn ein Lichtstrahl aus dem Vakuum schräg in ein Medium gelangt, so wird er im Medium abgelenkt (gebrochen).

Der Brechungsindex ist abhängig von vielen Faktoren, wie z.B. von der Wellenlänge des Lichts, von der Transparenz des Mediums, von der Temperatur des Mediums und so weiter. In der folgenden Tabelle sind einige Beispiele für die Brechungsindizes aufgezählt.

Tabelle : Näherungsweise Brechungsindizes verschiedener Medien mit Lichtwellenlänge 590 Nanometer
MediumBrechungsindex
Vakuum1
Luft1
Wasser (20 Grad)1.3
Fensterglas1.5
Diamant2.4