Brechungsindex
Synonym
Definition
- Der Brechungsindex ist eine Materialeigenschaft, der das Verhältnis der
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu der im betrachteten Medium angibt.
Formel
| n |
: |
Brechungsindex [1] |
| cVakuum |
: |
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum [m/s] |
| cMaterial |
: |
Lichtgeschwindigkeit im betrachteten Material [m/s] |
Bemerkungen
- Tritt ein Lichtstrahl von einem Medium in ein anderes mit einer anderen
optischen Dichte über, so ändert er dabei seine Geschwindigkeit.
- Ist die optische Dichte des neuen Mediums höher, so ist die
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes nun niedriger, ist sie geringer, so
steigt die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts an.
- Ist nun der Eintrittswinkel des Lichtstrahls nicht senkrecht zur Grenzfläche
zwischen den beiden Medien, kommt es dadurch zu einer Änderung der
Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls. Man spricht von Brechung oder Refraktion.
- Gemäß obiger Formel hat jedes Material einen Brechungsindex (n), der
sich aus der Lichtgeschwindigkeit im Material verglichen zu der im Vakuum
ergibt. Da die
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum am höchsten ist, hat jedes Material einen
Brechungsindex >= 1. Für Luft kann meist ebenfalls mit einem
Brechungsindex von 1 gerechnet werden.
- Die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Lichtstrahls in einem beliebigen
Material ist allgemein abhängig von:
- Wellenlänge
- Mit zunehmender Wellenlänge
des eingestrahlten Lichts nimmt der Brechungsindex allgemein ab. Daher
wird rotes Licht beim Durchgang durch ein Glasprisma am wenigsten
und violettes am stärksten abgelenkt; war der ursprünglich
eingestrahlte Lichtstrahl nicht monochromatisch, so wird er somit
dadurch in sein Spektrum aufgetrennt.
- Dichte
- Die Dichte eines Materials beeinflusst dessen Brechungsindex.
Meist, jedoch nicht immer, ist das Verhältnis zwischen Dichte und
Brechungsindex bei einer bestimmten Wellenlänge linear.
- So zeigen z.B. Methanol-Wasser-Mischungen im
Konzentrationsbereich von 45 - 55 % Methanol
keine lineare Abhängigkeit. Vielmehr kommt es hier mit
zunehmendem Wasseranteil zu einer Umkehr von einem linearen
Bereich, in dem Dichte und Brechungsindex gemeinsam ansteigen,
zu einem linearen Abfall des Brechungsindex bei weiter
ansteigender Dichte.
- Da die Dichte eines Materials wiederum abhängig von Temperatur
und Druck sind, ist somit auch der Brechungsindex über die Dichte
mit Temperatur und Druck gekoppelt.
- Der Brechungsindex eines Materials kann am einfachsten aus der Messung des
Brechungswinkels berechnet werden. Es gilt das Snelliussche Brechungsgesetz.
Brechungsindizes einiger Lösemittel
| Fluoralkane |
1,25 |
| Hexafluorisopropanol (HFIP) |
1,2752 |
| Methanol |
1,329 |
| Wasser |
1,33 |
| Acetonitril |
1,344 |
| Diethylether |
1,353 |
| n-Pentan |
1,358 |
| Aceton |
1,359 |
| Ethanol |
1,361 |
| Methylacetat |
1,362 |
| Isopropylether |
1,368 |
| Ethylacetat |
1,37 |
| Pent-1-en |
1,371 |
| Tetrahydrofuran
(THF) |
1,408 |
| Amylalkohol |
1,41 |
| Diisobutylen |
1,411 |
| n-Decan |
1,412 |
| Amylchlorid |
1,413 |
| Dioxan |
1,422 |
| Ethylbromid |
1,424 |
| Methylenchlorid |
1,424 |
| Cyclohexan |
1,427 |
| Ethylenglycol |
1,427 |
| N,N-Dimethylformamid (DMF) |
1,428 |
| N,N-Dimethylacetamid (DMAC) |
1,438 |
| Ethylsulfid |
1,442 |
| Essigsäure |
1,372 |
| Isopropylchlorid |
1,378 |
| Propan-2-ol |
1,38 |
| Propan-1-ol |
1,38 |
| Methylethylketon |
1,381 |
| Diethylamin |
1,387 |
| n-Propylchlorid |
1,389 |
| Methylisobutylketon |
1,394 |
| Nitromethan |
1,394 |
| 1-Nitropropan |
1,4 |
| Isooctan |
1,404 |
| Cyclopentan |
1,406 |
| Chloroform |
1,443 |
| Ethylendichlorid |
1,445 |
| Tetrachlorkohlenstoff |
1,466 |
| Dimethylsulfoxid (DMSO) |
1,477 |
| Toluen |
1,496 |
| Xylen |
1,5 |
| Benzen |
1,501 |
| Pyridin |
1,51 |
| Chlorbenzen |
1,525 |
| o-Chlorphenol |
1,547 |
| Anilin |
1,586 |
| Kohlenstoffdisulfid |
1,626 |
|