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Lexikon Physik

Brechung und Brechungsindex

Brechung (Refraktion) ist in der Optik die Änderung der Ausbreitungsrichtung von Wellen beim Durchgang durch die Grenzfläche zwischen zwei Medien, in denen sie sich verschieden schnell ausbreiten.

Trifft ein Lichtstrahl schräg auf die Trennfläche zwischen Luft und Wasser, so wird ein Teil von ihm reflektiert (Reflexion), während der andere Teil unter Richtungsänderung in das Wasser übertritt. Der Winkel \(\alpha_\text I\) zwischen dem einfallenden Strahl und dem Einfallslot heißt Einfallswinkel, der Winkel zwischen gebrochenem Strahl und Einfallslot ist der Brechungswinkel \(\alpha_\text{II}\). Einfallender Strahl, Einfallslot und gebrochener Strahl liegen in einer Ebene. Ist \(\alpha_\text I = 0°\) (senkrechter Einfall), so tritt keine Brechung auf.

Man unterscheidet Medien nach ihrem Brechungsverhalten: Wird ein Lichtstrahl auf dem Weg von Medium I nach Medium II zum Einfallslot hin gebrochen (aII < aI), so hat Medium II eine größere optische Dichte als Medium I, andernfalls ist es optisch dünner (Abb.).

Eine wichtige Gesetzmäßigkeit bei der Brechung ist das Snellius’sche Brechungsgesetz (nach Willebrord Snellius):

\(\dfrac{\sin\alpha_\text I}{\sin\alpha_\text{II} } = \dfrac{n_\text I}{n_\text{II}}\)

Dabei sind nI und nII die Brechungsindizes (Singular: Brechungsindex, auch Brechzahl) von Medium I bzw. II. Das Medium mit dem größeren Brechungsindex ist das optisch dichtere. Der Brechungsindex des Vakuums beträgt exakt 1, der von Luft und vielen anderen Gasen ist näherungsweise gleich 1. Wasser hat n = 1,333, Glas n = 1,5–1,6 und Diamant n = 2,42.

Beim Übergang vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium kann das Phänomen der Totalreflexion auftreten.

Bei manchen Stoffen ist der Brechungsindex nicht in allen Richtungen gleich groß, man spricht dann von Doppelbrechung.

Brechung und Brechungsindex - Abbildung 1

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