Brechung
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Lichtstrahl trifft auf anderes Medium:
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Simulation:
- Grenzfläche eben
- ein Teil wird reflektiert
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ein Teil dringt mit geänderter Richtung ein (Brechung)
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Erklärung mit Huygens-Prinzip:
- verschiedene Ausbreitungsgeschwindigkeiten c, c'
in beiden Medien
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zeitliche Abfolge:
- Wellenfront kommt bei C an
- Elementarwellen breiten sich dort mit c'
aus
- Wellenfront kommt bei B an nach t = AB/c
- Kugelwelle von C inzwischen bei D mit CD =
c't
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Vergleich der Dreiecke:
- sin ε = AB/CB = c t/CB
- sin ε' = CD/CB = c't/CB
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Division ⇒ Brechungsgesetz
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Brechungsindex
- n := cVakuum / c ≥ 1
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damit Brechungsgesetz:
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typische Werte von n
Material |
Brechungsindex |
Luft |
1.0003 |
Wasser |
1.333 |
Quarzglas |
1.459 |
Flintglas |
1.613 |
Diamant |
2.417 |
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Übergang ins optisch dichtere Medium (n' > n):
- ε' < ε
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Brechung zum Lot hin
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Übergang ins optisch dünnere Medium (n' < n):
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Simulation:
- ε' > ε
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Brechung vom Lot weg
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Grenzwinkel εg
- sin εg := n'/n < 1
- ε' = 90°
- gebrochener Strahl tangential
- ε > εg → Strahl
dringt nicht ein (Totalreflexion)
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Anwendung beim Lichtwellenleiter
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Lichtweg bei kontinuierlicher Änderung der Brechkraft:
- "ständig kleine Änderungen machen "
- Differentialgleichung
- Lichtstrahl ist gekrümmt
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Simulation:
- Luftspiegelung, Fata Morgana