Welche elektromagnetische Strahlung ist schneller in Wasser, Mikrowellen oder Licht?

Elektromagnetische Strahlung in einem Medium breitet sich gesetzeskonform aus

(Optisches) Licht hat Wellenlängen im Bereich$400-700\;nm$, während Mikrowellen Wellenlängen im Bereich haben$1\; mm-1\: m$. Aus dem Diagramm sehen wir die$n$ist bei optischen Wellenlängen viel kleiner als bei Mikrowellenlängen, daher breiten sich optische EM-Wellen in Wasser schneller aus als Mikrowellen-EM .

BEARBEITEN:

Das Obige bezieht sich natürlich auf die Phasengeschwindigkeit. Wenn Sie stattdessen an Gruppengeschwindigkeit interessiert sind,

Hier geht es im Grunde um Dispersion: EM-Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen breiten sich aufgrund von Wechselwirkungen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in einem Medium aus. Üblicherweise, wie in einem Standard-Lehrbuchexperiment, bei dem ein Lichtstrahl durch ein Prisma gebogen wird, werden höherfrequente Wellen stärker gebogen. Je mehr es sich biegt, desto langsamer fährt es. Wellen mit niedrigerer Frequenz gehen also normalerweise schneller. Dies ist jedoch nur teilweise richtig. Letztendlich wird die Dispersion dadurch bestimmt, wie stark die EM-Wellen mit dem Medium interagieren. Im Frequenzbereich ($\omega$) wo die komplexe dielektrische Funktion$\varepsilon(\omega)$variiert sehr langsam, die Geschwindigkeit ist$c/\cos(\delta(\omega)/2)\sqrt{|\varepsilon(\omega)|}$, mit$\delta(\omega)$der Phasenwinkel von ist$\varepsilon(\omega)$. Gemäß Wasserabsorptionsspektren , die$\varepsilon(\omega)$bei Frequenzen des sichtbaren Lichts ist nahezu eine reale Größe, dh mit geringer Absorption. Der wahre Teil von$\varepsilon(\omega)$muss aufgrund der Kramers-Kronig-Beziehung ebenfalls klein sein. Im Mikrowellenbereich gibt es eine merkmalslose Absorption über ein breites Band. Das heisst$|\varepsilon(\omega)|$ist hier in der Tat viel größer. Daher bewegen sich Mikrowellen wahrscheinlich viel langsamer als sichtbares Licht [dies widerspricht meiner vorherigen Schlussfolgerung, auf die Ben hingewiesen hat].

Vorausgesetzt, dass das Elektron und die Atomstrahlen ebenfalls Brechung aufweisen, scheint dies eine Eigenschaft eines Teilchens zu sein. Der Brechungsindex ist proportional zur Masse/Größe des Teilchens für ein bestimmtes Medium. Photon verhält sich in diesem Effekt wie ein Teilchen. Die Masse wird durch die de Broglie-Gleichung angegeben: m=hv/c^2 , v=Frequenz. Dadurch haben Lichtphotonen bei ihrer Bewegung im Wasser mehr Widerstand und bewegen sich langsamer als Mikrowellen.