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Brechung und Reflexion

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  • Lesezeit: 8 min
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Steckbrief

Wenn Licht auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien mit unterschiedlicher optischer Dichte trifft, wird ein Teil des Lichtstrahls reflektiert, der andere Teil tritt in das andere Medium über. Eine wichtige Rolle dabei spielt der Brechungsindex Equation, eine Materialeigenschaft der Medien. Der Brechungsindex Equation ist definiert als

Equation

Equation ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (300000 km/s), Equation die Geschwindigkeit des Lichts im transparenten Medium. Außerdem gilt

Equation

Da Equation eine Konstante ist, geht aus dieser Formel hervor, dass in einem optisch dichteren Medium die Wellenlänge des Lichts gegenüber einem optisch dünneren Medium reduziert ist.

Trifft das Licht auf eine Grenzfläche, gelten folgende Gesetze (alle Winkel beziehen sich auf das Lot zur Grenzfläche):

Reflexionsgesetz:

Equation

Brechungsgesetz:

Equation

Fällt Licht im sogenannten Grenzwinkel oder darüber auf eine Grenzfläche, kommt es zur Totalreflexion und das Licht tritt nicht mehr in das andere Medium über.

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    Brechungsindex

    Im Vakuum ist die Lichtgeschwindigkeit Equation ≈ 300000 km/s. In durchsichtigen Medien wie Glas und Wasser ist die Lichtgeschwindigkeit geringer und um den Brechungsindex Equation reduziert: Equation. Der Brechungsindex Equation, d.h. das Verhältnis aus Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu Lichtgeschwindigkeit im transparenten Medium, ist eine Materialeigenschaft. Für alle durchsichtigen Medien ist Equation > 1, für Vakuum (und Luft) ist Equation = 1 (siehe Tabelle). Die Frequenz (Farbe) des Lichts ist unabhängig vom Medium, sie bleibt beim Übertritt von einem in ein anderes Medium konstant. Das heißt, dass die Farbe eines Lichtstrahls in allen Medien dieselbe ist. Da Equation ist, folgt, dass im (optisch dichteren) Medium die Wellenlänge des Lichtes ebenfalls um den Brechungsindex Equation reduziert ist: Equation.

    Brechungsindizes verschiedener Materialien für Licht bei einer Wellenlänge von  = 590 nm.
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      zuletzt bearbeitet: 03.11.2022
      Fachlicher Beirat: Prof. Dr. Dr. Hartmut Zabel, 13.02.2022
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