Der Brechungsindex von Wasser bei 20 ° C für sichtbares Licht beträgt 1,33.[1] Der Brechungsindex von normalem Eis beträgt 1,31 (aus der Liste der Brechungsindizes). Im Allgemeinen ist ein Brechungsindex eine komplexe Zahl mit Real- und Imaginärteilen, wobei letzterer die Stärke des Absorptionsverlusts bei einer bestimmten Wellenlänge angibt. Im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums ist der Imaginärteil des Brechungsindex sehr klein. Wasser und Eis absorbieren jedoch im Infrarot und schließen das atmosphärische Infrarotfenster, wodurch zum Treibhauseffekt beigetragen wird
Das Absorptionsspektrum von reinem Wasser wird in zahlreichen Anwendungen verwendet, einschließlich Lichtstreuung und Absorption durch Eiskristalle und Wolkenwassertröpfchen, Theorien des Regenbogens, Bestimmung der einfach streuenden Albedo, Ozeanfarbe und vielen anderen.
Quantitative Beschreibung des Brechungsindex [ edit]
Über die Wellenlängen von 0,2 μm bis 1,2 μm und über Temperaturen von –12 ° C bis 500 ° C kann der Realteil des Brechungsindex von Wasser durch den folgenden empirischen Ausdruck berechnet werden:
[2]
n 2 – – 1 n 2 + 2 (( 1 /. ρ ¯ ) = ein 0 + ein 1 ρ ¯ + ein 2 T. ¯ + ein 3 λ ¯ 2 T. ¯ + ein 4 λ ¯ 2 + ein 5 λ ¯ 2 – – λ ¯ U. V. 2 + ein 6 λ ¯ 2 – – λ ¯ ich R. 2 + ein 7 ρ ¯ 2 { displaystyle { frac {n ^ {2} -1} {n ^ {2} +2}} (1 / { overline { rho}}) = a_ {0} + a_ {1} { overline { rho}} + a_ {2} { overline {T}} + a_ {3} { overline { lambda}} ^ {2} { overline {T}} + { frac {a_ {4} } {{ overline { lambda}} ^ {2}}} + { frac {a_ {5}} {{ overline { lambda}} ^ {2} – { overline { lambda}} _ { mathit {UV}} ^ {2}}} + { frac {a_ {6}} {{ overline { lambda}} ^ {2} – { overline { lambda}} _ { mathit {IR }} ^ {2}}} + a_ {7} { overline { rho}} ^ {2}}
Wo:
T. ¯ = T. T. * * { displaystyle { overline {T}} = { frac {T} {T ^ { text {*}}}}
,
ρ ¯ = ρ ρ * * { displaystyle { overline { rho}} = { frac { rho} { rho ^ { text {*}}}}
, und
λ ¯ = λ λ * * { displaystyle { overline { lambda}} = { frac { lambda} { lambda ^ { text {*}}}}
und die entsprechenden Konstanten sind
ein 0 { displaystyle a_ {0}}
= 0,244257733,
ein 1 { displaystyle a_ {1}}
= 0,00974634476,
ein 2 { displaystyle a_ {2}}
= –0,00373234996,
ein 3 { displaystyle a_ {3}}
= 0,000268678472,
ein 4 { displaystyle a_ {4}}
= 0,0015892057,
ein 5 { displaystyle a_ {5}}
= 0,00245934259,
ein 6 { displaystyle a_ {6}}
= 0,90070492,
ein 7 { displaystyle a_ {7}}
= –0,0166626219,
T. ∗ { displaystyle T ^ {*}}
= 273,15 K,
ρ ∗ { displaystyle rho ^ {*}}
= 1000 kg / m3 ,
λ ∗ { displaystyle lambda ^ {*}}
= 589 nm,
λ ¯ IR { displaystyle { overline { lambda}} _ { text {IR}}}
= 5,432937 und
λ ¯ UV { displaystyle { overline { lambda}} _ { text {UV}}}
= 0,229202.
In dem obigen Ausdruck ist T die absolute Temperatur von Wasser (in K),
λ { displaystyle lambda}
ist die Wellenlänge des Lichts in nm,
ρ { displaystyle rho}
ist die Dichte des Wassers in kg / m3 und n ist der Realteil des Brechungsindex von Wasser.
Volumenmasse von Wasser [ edit]
In der obigen Formel variiert die Dichte von Wasser auch mit der Temperatur und wird definiert durch:[3] [4]
Brechungsindex (Real- und Imaginärteile) für flüssiges Wasser [ edit]
Brechungsindex von flüssigem Wasser
Wellenlänge (μm)
Wellenzahl (cm−1 )
Frequenz (THz)
n
k
α ‘(cm−1 )
0,200
5.00× 104
1,50× 103
1,396
1.1× 10−7
0,069
0,225
4.44× 104
1.33× 103
1,373
4.9× 10−8
0,027
0,250
4.00× 104
1,20× 103
1,362
3.35× 10−8
0,0168
0,275
3.64× 104
1,09× 103
1,354
2.35× 10−8
0,0107
0,300
3.33× 104
999
1,349
1.6× 10−8
6.7× 10−3
0,325
3,08× 104
922
1,346
1,08× 10−8
4.18× 10−3
0,350
2.86× 104
857
1,343
6.5× 10−9
2.3× 10−3
0,375
2.67× 104
799
1,341
3.5× 10−9
1.2× 10−3
0,400
2,50× 104
749
1,339
1,86× 10−9
5.84× 10−4
0,425
2.35× 104
705
1,338
1.3× 10−9
3.8× 10−4
0,450
2.22× 104
666
1,337
1,02× 10−9
2,85× 10−4
0,475
2.11× 104
631
1,336
9.35× 10−10
2.47× 10−4
0,500
2.00× 104
600
1,335
1,00× 10−9
2.51× 10−4
0,525
1,90× 104
571
1,334
1.32× 10−9
3.16× 10−4
0,550
1,82× 104
545
1,333
1,96× 10−9
4.48× 10−4
0,575
1,74× 104
521
1,333
3,60× 10−9
7.87× 10−4
0,600
1,67× 104
500
1.332
1,09× 10−8
2.28× 10−3
0,625
1,60× 104
480
1.332
1.39× 10−8
2.79× 10−3
0,650
1,54× 104
461
1,331
1,64× 10−8
3.17× 10−3
0,675
1.48× 104
444
1,331
2.23× 10−8
4.15× 10−3
0,700
1.43× 104
428
1,331
3.35× 10−8
6.01× 10−3
0,725
1,38× 104
414
1.330
9.15× 10−8
0,0159
0,750
1.33× 104
400
1.330
1,56× 10−7
0,0261
0,775
1.29× 104
387
1.330
1.48× 10−7
0,0240
0,800
1,25× 104
375
1.329
1,25× 10−7
0,0196
0,825
1.21× 104
363
1.329
1,82× 10−7
0,0282
0,850
1.18× 104
353
1.329
2.93× 10−7
0,0433
0,875
1.14× 104
343
1.328
3.91× 10−7
0,0562
0,900
1.11× 104
333
1.328
4.86× 10−7
0,0679
0,925
1,08× 104
324
1.328
1,06× 10−6
0,144
0,950
1.05× 104
316
1.327
2.93× 10−6
0,388
0,975
1,03× 104
307
1.327
3.48× 10−6
0,449
1.0
1.0× 104
300
1.327
2.89× 10−6
0,36
1.2
8300
250
1.324
9,89× 10−6
1.0
1.4
7100
210
1.321
1,38× 10−4
12
1.6
6200
190
1.317
8.55× 10−5
6.7
1.8
5600
170
1.312
1.15× 10−4
8.0
2.0
5000
150
1,306
1.1× 10−3
69
2.2
4500
136
1,296
2.89× 10−4
17
2.4
4200
125
1,279
9.56× 10−4
50.
2.6
3800
115
1,242
3.17× 10−3
150
2,65
3770
113
1.219
6.7× 10−5
318
2,70
3700
111
1.188
0,019
880
2,75
3640
109
1.157
0,059
2700
2,80
3570
107
1.142
0,115
5160
2,85
3510
105
1.149
0,185
8160
2,90
3450
103
1.201
0,268
11600
2,95
3390
102
1,292
0,298
12700
3.00
3330
100.
1,371
0,272
11400
3.05
3280
98.3
1.426
0,240
9990
3.10
3230
96.7
1,467
0,192
7780
3.15
3170
95.2
1,483
0,135
5390
3.20
3120
93.7
1,478
0,0924
3630
3.25
3080
92.2
1,467
0,0610
2360
3.30
3030
90,8
1.450
0,0368
1400
3.35
2990
89,5
1.432
0,0261
979
3.40
2940
88,2
1.420
0,0195
721
3.45
2900
86.9
1.410
0,0132
481
3,50
2860
85.7
1.400
0,0094
340
3.6
2780
83
1,385
0,00515
180
3.7
2700
81
1,374
0,00360
120
3.8
2630
79
1,364
0,00340
110
3.9
2560
77
1,357
0,00380
120
4.0
2500
75
1,351
0,00460
140
4.1
2440
73
1,346
0,00562
170
4.2
2380
71
1,342
0,00688
210
4.3
2330
70.
1,338
0,00845
250
4.4
2270
69
1,334
0,0103
290
4.5
2220
67
1.332
0,0134
370
4.6
2170
65
1.330
0,0147
400
4.7
2130
64
1.330
0,0157
420
4.8
2080
62
1.330
0,0150
390
4.9
2040
61
1.328
0,0137
350
5.0
2000
60.
1.325
0,0124
310
5.1
1960
59
1.322
0,0111
270
5.2
1920
58
1.317
0,0101
240
5.3
1890
57
1.312
0,0098
230
5.4
1850
56
1,305
0,0103
240
5.5
1820
55
1,298
0,0116
380
5.6
1790
54
1,289
0,0142
320
5.7
1750
53
1,277
0,0203
450
5.8
1720
52
1,262
0,0330
710
5.9
1690
51
1,248
0,0622
1300
6.0
1670
50.
1,265
0,107
2200
6.1
1640
49
1.319
0,131
2700
6.2
1610
48.4
1,363
0,0880
1800
6.3
1590
47.6
1,357
0,0570
1100
6.4
1560
46.8
1,347
0,0449
880
6.5
1540
46.1
1,339
0,0392
760
6.6
1520
45.4
1,334
0,0356
680
6.7
1490
44.7
1.329
0,0337
630
6.8
1470
44.1
1.324
0,0327
600
6.9
1450
43.4
1.321
0,0322
590
7.0
1430
42.8
1.317
0,0320
570
Der Gesamtbrechungsindex von Wasser ist gegeben als m = n + ik . Der Absorptionskoeffizient α ‘wird im Beer-Lambert-Gesetz verwendet, wobei die Primzahl hier die Basis-e-Konvention bezeichnet. Die Werte beziehen sich auf Wasser bei 25 ° C und wurden aus verschiedenen Quellen in der zitierten Literaturübersicht erhalten.[5]
Siehe auch [ edit]
Verweise [ edit]
RM Pope und ES Fry, Absorptionsspektrum (380-700 nm) von reinem Wasser. II. Hohlraummessungen integrieren, Appl. Opt., 36, 8710 & ndash; 8723, 1997.
Mobley, Curtis D., Licht und Wasser: Strahlungsübertragung in natürlichen Gewässern; teilweise basierend auf Kooperationen mit Rudolph W. Preisendorfer, San Diego, Academic Press, 1994, 592 S., ISBN 0-12-502750-8
Recent Comments