Ich habe mich gefragt, was physikalisch passiert, wenn Licht durch ein nichtmagnetisches Medium übertragen wird. Insbesondere versuche ich zu visualisieren, wie Materialien das Licht beim Durchgang der elektromagnetischen Welle verlangsamen und wie sich die Permittivität darauf auswirkt. Ich weiß, dass der Brechungsindex in direktem Zusammenhang mit der relativen Permittivität steht, aber ich bin mir nicht sicher, wie sich dieser Parameter auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit auswirkt.
Mein Verständnis der Permittivität ist, dass sie misst, wie leicht sich die Moleküle des Mediums aufgrund der elektrischen Feldkomponente des Lichts polarisieren lassen, wobei eine größere Permittivität eine leichtere Polarisierung der Dipolmomente bedeutet. Diese polarisierten Moleküle haben wiederum ein wachsendes/schrumpfendes elektrisches Feld zwischen den Polen, das schließlich dem anfänglichen Feld entgegenwirkt, das sie polarisiert hat.
Ich denke, dass dieses zeitveränderliche elektrische Feld ein Magnetfeld erzeugt, das dann ein elektrisches Feld erzeugt, das dann ein Magnetfeld erzeugt und so weiter, und die Geschwindigkeit des Lichts, das durch das Medium wandert, hängt davon ab, wie schnell diese Felder sind aufsteigen und zusammenbrechen. Dies würde darauf hindeuten, dass meine Interpretation einer größeren Permittivität eine schnellere Ausbreitung verursachen würde, aber ich weiß aus der Gleichung, dass eine größere Permittivität einen größeren Brechungsindex und eine langsamere Ausbreitung von Licht bedeutet.
Meine Argumentation ist fehlerhaft, aber ich bin mir nicht sicher, wo ich falsch gelaufen bin. Ich denke, dass mein Verständnis der Permittivität falsch ist. Ich hatte gehofft, jemand könnte etwas Licht ins Dunkel bringen, was physikalisch passiert, wenn sich die Wellen durch ein Medium ausbreiten, und wie dies mit der Permittivität zusammenhängt. Wenn Sie Vorschläge zu Websites oder Links haben, die ich mir ansehen sollte, wäre ich ebenfalls sehr dankbar.
Wenn ich Sofias Antwort ein wenig erweitern kann, wirkt die Polarisation des Mediums zeitlichen Schwankungen im elektrischen Feld entgegen und verlangsamt somit die Phasengeschwindigkeit der Welle.
Dies ist aus dem Kreisgesetz von Ampere (der 4. Maxwell-Gleichung) ersichtlich, das von zentraler Bedeutung ist, wie Sie gesagt haben, um zu der Wellengleichung zu gelangen, die Licht beschreibt. Es kann im Vakuum geschrieben werden als
.
Es besagt, dass die Kopplung zwischen der zeitlichen Änderung von E und der Kräuselung von B physikalisch umgekehrt proportional zur Vakuum-Permittivität ist, was es plausibel macht, dass eine größere Vakuum-Permittivität zu einer niedrigeren Phasengeschwindigkeit der E- Welle führen würde.
Um ganz streng zu sein, müsste man die gekoppelten Maxwell-Gleichungen immer noch auf die übliche Weise lösen, was zu dem üblichen Ausdruck von führt bezüglich Und aber ich glaube, das gibt ein Argument.
Dies kann leicht auf ein isotropes Medium erweitert werden, in dem die Polarisation des Mediums auf die gleiche Weise wirkt wie die Erhöhung der Vakuum-Permittivität. Kurz gesagt, in einem Medium mit einer Permittivität > 1 wirkt die Polarisation der Rate entgegen, mit der das Magnetfeld bewirkt, dass sich das elektrische Feld im Laufe der Zeit ändert.
Eine intuitive Erklärung , warum in Dielektrika die Phasengeschwindigkeit verlangsamt wird, ist, dass das Dielektrikum dem Feld entgegenwirkt . Die Dipole im Dielektrikum ordnen sich mit dem Pluspol zur negativ geladenen Platte und mit dem Minuspol zur positiv geladenen /Platte an. Sehen Sie, was mit dem Coulomb-Gesetz in einem Dielektrikum passiert, die Feldstärke ist schwächer mal als im Vakuum, .
Da das Licht ein ae/m/Feld ist, passiert damit etwas Ähnliches, das Dielektrikum wirkt dem elektrischen Feld entgegen. Wie Sie in der Phasengeschwindigkeit des Lichts sehen können , in Materialien mit relativer Dielektrizitätskonstante und relative Permeabilität μr wird die Phasengeschwindigkeit des Lichts . Da in Ihrem Fall die magnetische Permeabilität nicht relevant ist, ,
.
Noch eine andere Möglichkeit, dies in Bezug auf ein Ensemble oszillierender Ladungen zu sehen: Die Gesamtwirkung des einfallenden Lichts besteht darin, die Ladungen mit einer Phasenverzögerung zum Schwingen zu bringen (weil sie reagieren), was sich addiert herausstellt ( Ewald-Oseen- Extinktion Theorem ) irgendwie ein Polarisationsfeld mit kürzerer Wellenlänge, aber gleicher Frequenz sein, wie hier erklärt .
Dies kann durch die Tatsache verstanden werden, dass das elektrische Feld im Inneren des Leiters Null ist. Wenn wir also anstelle des Leiters ein Dielektrikum nehmen, wird es polarisiert und bildet ein Dipolfeld, das dem angelegten elektrischen Feld entgegengesetzt ist, und die Verringerung seiner Stärke hängt von der relativen Permittivität dieses Mediums ab, wie wir es kennen Die relative Permittivität des Impfstoffs beträgt 1 und die des Wassers 80, und die relative Permittivität hängt von der Fähigkeit ab, in jedem Medium Dipole zu bilden