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Dielektrizitätszahl, Brechungsindex und Ausbreitungsgeschwindigkeit.

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Präsentation zum Thema: "Dielektrizitätszahl, Brechungsindex und Ausbreitungsgeschwindigkeit."—  Präsentation transkript:

1 Dielektrizitätszahl, Brechungsindex und Ausbreitungsgeschwindigkeit

2 Inhalt Brechungsindex und Dielekrizitätszahl Brechungsindex und Ausbreitungsgeschwindigkeit Das Snellius-Brechungsgesetz

3 Ausbreitungsgeschwindigkeit und Brechungsindex 1 Definition des Brechungsindex, der Brechzahl 1 m/s Lichtgeschwindigkeit c im Vakuum 1 m/s Lichtgeschwindigkeit im Medium der Brechzahl n

4 Relative Permittivität und Brechungsindex Die Brechung ist eine Folge der Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Welle und Materie: –Verschiebungspolarisation, schnell, Temperatur- unabhängig, deshalb: In Dielektrika ist die relative Permittivität -für die entsprechende Frequenz- die Maßzahl für diese Wechselwirkung: 1 Maxwellsche Beziehung

5 60 kHz (Versuch) 2,5GHz Mikro- wellenherd 50 Hz (Netz) Kosmische Sekundär- Strahlung 50 kV Röntgen- strahlung 380 nm Violett 7, Hz 780 nm rot 3, Hz 9 GHz Cs Uhr 77,5 kHz DCF 77 Die Dielektrizitätszahl von Wasser fällt von 81 bei zunehmender Frequenz auf etwa 60 für Mikrowellenstrahlung, (77 bei 2,45 GHz)

6 60 kHz (Versuch) 2,5GHz Mikro- wellenherd 50 Hz (Netz) Kosmische Sekundär- Strahlung 50 kV Röntgen- strahlung 380 nm Violett 7, Hz 780 nm rot 3, Hz 9 GHz Cs Uhr 77,5 kHz DCF 77 Die Dielektrizitätszahl von Wasser fällt von 81 bei zunehmender Frequenz auf 1,7 bei sichtbarem Licht

7 Wasser verkürzt 2 m Wellen auf 0,2 m Für 150 MHz Strahlung ist die Dielektrizitätszahl von Wasser etwa 80 Der Brechungsindex in diesem Frequenzbereich ist n = c Vak / c Wasser = Wurzel(80) 9, die Ausbreitungsgeschwindigkeit und λ=c/f fällt auf 1/9

8 Wasser verkürzt im sichtbaren Bereich Wellen um den Faktor 0,7 Für das sichtbare Licht ist die Dielektrizitätszahl von Wasser etwa 1,7 Der Brechungsindex in diesem Frequenzbereich ist n = c Vak / c Wasser = Wurzel(1,7) 1,3, die Ausbreitungsgeschwindigkeit und λ=c/f fallen auf etwa ¾ der Werte im Vakuum

9 Versuch 150 MHz Mikrowellen (Wellenlänge 2m in Luft) werden im Wasser auf 22 cm verkürzt

10 Die Vektoren für die Richtungen der Normale zur Oberfläche, des einfallenden, des reflektierten und des sich im Medium ausbreitenden Strahls liegen immer in einer Ebene Der Einfallswinkel ist gleich dem Ausfallswinkel des reflektierten Strahls Reflektion und Brechung Medium 1 Medium 2 Beim Übergang zwischen Medien unterschiedlicher Brechzahlen erscheint ein reflektierter und ein ins Medium gebrochener Strahl

11 1Snellius Brechungsgesetz c Med1, c Med2 m/s Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Welle in Medium 1 und 2 n Med1, n Med2 1 Brechzahlen der Welle in Medium 1 und 2 Das Snellius Brechungsgesetz Medium 1 Medium 2

12 Versuch Versuch zur Brechung- und Reflektion an einer halbkreisförmigen Glasscheibe

13 Zusammenfassung Die Dielektrizitätszahl eines Mediums bestimmt den Brechungsindex (Maxwellsche Beziehung) –n = Wurzel (ε) Der Brechungsindex zeigt die Ausbreitungsgeschwindigkeit c Medium einer Welle im Medium –c Medium = c / n, c Lichtgeschwindigkeit im Vakuum Das Snelliussche Brechungsgesetz zeigt die Richtungsänderung einer Welle, die aus Medium 1 in ein Medium 2 mit Winkel α gegenüber der Normalen der Oberfläche dieses Mediums, dem Einfallslot, eintritt und unter dem Winkel β zum Lot in das Medium 2 gebrochen wird –sin(α) / sin(β) = n Med2 / n Med1 –n Med2, n Med1 Brechungsindizes beider Medien Die Brechung ist die Grundlage aller Abbildungen –in der Natur mit Hilfe der Augen –in der Physik und Technik mit Linsen Der Brechungsindex ist - für das gleiche Material - eine (nichtlineare) Funktion der Frequenz der Strahlung

14 finis Für 150 MHz Strahlung ist die Dielektrizitätszahl von Wasser etwa 80


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