Physik - Kaleidoskop

Brechungsindex 40
Größenordnungen
Vakuum hat einen Brechungsindex von exakt 1. Im sichtbaren Bereich sind die Brechungsindizes realer Materialien
so gut wie immer größer als 1. Für jeden Stoff gibt es jedoch Wellenlängen (z. B. oberhalb des sichtbaren
Bereiches), bei denen der Brechungsindex kleiner als 1 wird (aber positiv bleibt). Für sehr kleine Wellenlängen
(Röntgenstrahlung, Gammastrahlung) ist der Brechungsindex immer kleiner als 1 und nähert sich mit sinkender
Wellenlänge der 1 von unten an. Beispielsweise im Röntgenbereich ist die Darstellung üblich, wobei
typische Werte für zwischen 10 −9 und 10 −5 liegen (stark abhängig von der Wellenlänge, abhängig von der
Ordnungszahl und Dichte des Materials).
Luft
Der Brechungsindex der Luft beträgt auf Meeresniveau durchschnittlich 1,00029. Er hängt ab von der Dichte und der
Temperatur der Luft sowie von der speziellen Zusammensetzung der Luft – insbesondere der Luftfeuchtigkeit. Da
die Luftdichte nach oben – entsprechend den Gasgesetzen in einem Schwerefeld – exponentiell abnimmt, siehe
barometrische Höhenformel, beträgt er in etwa 8 km Höhe nur mehr 1,00011. Dennoch werden die von Sternen
kommenden Lichtstrahlen in Horizontnähe um 0,6° gehoben und in 45° noch um 0,017°. Der Effekt heißt
astronomische Refraktion und beeinflusst in ähnlicher Art auch jede terrestrische Vermessung. Im technischen
Bereich wird manchmal zur Vereinfachung der Brechungsindex der Materialien auf den von Luft bezogen, ohne dass
eine einheitliche Bezeichnung für diese leicht abweichenden Werte etabliert wäre.
Wellenlängenabhängigkeit
Der Brechungsindex einiger Glassorten als
Funktion der Wellenlänge. Der sichtbare Bereich
ist rot markiert.
Messung des Brechungsindex
Da wie in der Einleitung beschrieben der Brechungsindex jedes
Materials von der Wellenlänge des einfallenden Lichts abhängt – gilt
auch bei elektromagnetischen Strahlungen anderer
Wellenlängebereiche – wäre es notwendig, diesen auch
wellenlängenabhängig (tabellarisch oder als Funktion) anzugeben. Da
dies aber für viele einfache Anwendungen nicht notwendig ist, wird
der Brechungsindex üblicherweise für die Wellenlänge der
Natrium-D-Linie (589 nm) angegeben. In der linken Abbildung sind
als Beispiel Kurven des wellenlängenabhängigen Brechungsindex
einiger Glassorten dargestellt. Sie zeigen den typischen Verlauf einer
normalen Dispersion.
Zur experimentellen Bestimmung des Brechungsindex eines Mediums mit (zum
Beispiel nicht magnetisch) n med kann man zum Beispiel den Brewster-Winkel beim Übergang von Luft in dieses
Medium messen. Für diesen Fall gilt . Für die Messung wird ein Refraktometer
angewandt.
Eine Abschätzung des Brechungsindexes ist mit der sogenannten Immersionsmethode durch das Eintauchen eines
Gegenstands in durchsichtige Flüssigkeiten mit verschiedener Dichte möglich. Wenn die Brechzahlen von
Gegenstand und Flüssigkeit identisch sind, verschwinden die Konturen des Gegenstands. Dieses Verfahren kann
leicht eingesetzt werden, um zum Beispiel Rubine oder Saphire mit einer Brechzahl von rund 1,76 zu identifizieren,
indem sie in eine geeignete Schwerflüssigkeit eingetaucht werden, wie beispielsweise Diiodmethan (Brechzahl =