Licht gaat sneller in de atmosfeer dan in water, want het licht breekt. Hoe kan dit?

Thomas, 19 jaar
25 juni 2008

Botsen de fotonen tegen de watermoleculen ofzo? En hoe zit het dan in andere media; geldt er een algemene regel van hoe groter de massadichtheid hoe meer botsingen dus hoe trager?

Antwoord

Licht, zoals alle EM (electromagnetische) golven, interageren met materie op meerder manieren, waaronder

-de zwaartekracht, of kromming van de ruimte door de aanwezigheid van massa.  Laten we dit even buiten beschouwing nemen.

-wisselen energie en impuls uit met elektrisch geladen deeltjes, zoals het electron en het proton.  Deze uitwisselingen gebeuren in "vaste paketten energie", genaamd "quanta".  Een quantum van licht heet "foton".  Zulke uitwisselingen kunnen er bvb in resulteren dat licht geabsorbeerd wordt, gecreëerd wordt, of verandert van richting (Compton verstrooiing).

Waarom gaat licht trager in materie dan in vaccuüm?  Er is een macroscopische eigenschap van materialen, genaamd "permittiviteit" (http://nl.wikipedia.org/wiki/Permittiviteit), en dit is de parameter (naast de permeabiliteit: http://nl.wikipedia.org/wiki/Magnetische_permeabiliteit) die de lichtsnelheid beinvloedt:   Voor ongeveer alle materialen geldt: hoe hoger de permittiviteit, hoe lager de lichtsnelheid. 

Permittiviteit is het vermogen van een materiaal om te  polariseren onder invloed van een elektrisch veld, waardoor gedeeltelijk het veld vermindert binnen het materiaal.  Polariseren betekent dat "losse" ladingsdragers (electronen, protonen) in het materiaal vrij bewegen met het electrisch veld ---  en dat elektrisch veld is het veld van de EM (electromagnetische) golf  zelf. 

We zijn er dus: hoe meer "echt vrije" ladingen het materiaal bevat, hoe hoger de permittiviteit en hoe lager de lichtsnelheid.  Toch bij grote benadering.

Zware atomen bevatten meer electronen (en protonen) per eenheid volume dan lichte.  De vraag is:  zijn deze electronen echt vrij polariseerbaar?  De polariseerbaarheid hangt bovendien sterk af van de frequentie en golflengte van de EM golven.

Een vulgariserende simplifiering van het bovenstaande is:

-de lichtgolven worden afgeremd omdat ze interageren (polariseren...  van mij mag je dat botsen noemen...?) met de electronen en de protonen in de materie. 

-in het algemeen, hoe dichter de materie, hoe meer electrische ladingen erin, en inderdaad, hoe trager het licht.  Maar deze regel is contesteerbaar.  Bovendien bestaat er ook iets als "permeabiliteit".

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Zoek andere vragen

© 2008-2022
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door EOS vzw