Dielektrizitätszahl, Brechungsindex und Ausbreitungsgeschwindigkeit

Inhalt Brechungsindex und Dielekrizitätszahl Brechungsindex und Ausbreitungsgeschwindigkeit Das Snellius-Brechungsgesetz

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

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

77,5 kHz 60 kHz 50 Hz DCF 77 9 GHz Cs Uhr 50 kV Röntgen-strahlung 2,5GHz Mikro-wellenherd 60 kHz (Versuch) 50 Hz (Netz) Kosmische Sekundär-Strahlung 380 nm Violett 7,9 1014Hz 780 nm rot 3,8 1014Hz Die Dielektrizitätszahl von Wasser fällt von 81 bei zunehmender Frequenz auf etwa 60 für Mikrowellenstrahlung, (77 bei 2,45 GHz)

77,5 kHz 60 kHz 50 Hz DCF 77 9 GHz Cs Uhr 50 kV Röntgen-strahlung 2,5GHz Mikro-wellenherd 60 kHz (Versuch) 50 Hz (Netz) Kosmische Sekundär-Strahlung 380 nm Violett 7,9 1014Hz 780 nm rot 3,8 1014Hz Die Dielektrizitätszahl von Wasser fällt von 81 bei zunehmender Frequenz auf 1,7 bei sichtbarem Licht

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 = cVak/ cWasser= Wurzel(80) ≈ 9, die Ausbreitungsgeschwindigkeit und λ=c/f fällt auf 1/9

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 = cVak/ cWasser = Wurzel(1,7) ≈ 1,3, die Ausbreitungsgeschwindigkeit und λ=c/f fallen auf etwa ¾ der Werte im Vakuum

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

Reflektion und Brechung Medium 1 Medium 2 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 Beim Übergang zwischen Medien unterschiedlicher Brechzahlen erscheint ein reflektierter und ein „ins Medium gebrochener“ Strahl

Das Snellius Brechungsgesetz Medium 1 Medium 2 1 Snellius Brechungsgesetz cMed1, cMed2 m/s Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Welle in Medium 1 und 2 nMed1, nMed2 Brechzahlen der Welle in Medium 1 und 2

Versuch Versuch zur Brechung- und Reflektion an einer halbkreisförmigen Glasscheibe

cMedium = c / n , c Lichtgeschwindigkeit im Vakuum Zusammenfassung Die Dielektrizitätszahl eines Mediums bestimmt den Brechungsindex (Maxwellsche Beziehung) n = Wurzel (ε) Der Brechungsindex zeigt die Ausbreitungsgeschwindigkeit cMedium einer Welle im Medium cMedium = 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) = nMed2 / nMed1 nMed2 , nMed1 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

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