Brechung

Brechung

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Brẹ|chung 〈f. 20
1. 〈Phys.〉 Richtungsänderung einer Welle, z. B. Licht-, Schall- od. Wasserwelle beim Auftreffen auf eine Grenzfläche zweier Medien mit unterschiedlicher Ausbreitungsgeschwindigkeit; Sy Refraktion
2. 〈Sprachw.〉 Wechsel von e und i, bzw. o und u im Althochdeutschen

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Brẹ|chung: Bez. für die an Strahlen elektromagnetischer Strahlung zu beobachtenden Richtungsänderungen, die diese beim Übergang aus einem Medium bestimmter Dichte in ein Medium davon versch. Dichte erleiden, weil die Ausbreitungsgeschwindigkeiten in den beiden Medien unterschiedlich sind. Den Quotienten der beiden Geschwindigkeiten (Formelzeichen: n) nennt man Brechungsindex, auch Brechungskoeffizient, -exponent oder Brechzahl. Die Bestimmung der Lichtbrechung ( Refraktion) nimmt man mit Refraktometern vor. Vgl. Beugung.

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Brẹ|chung, die; -, -en:
1. (Physik) Richtungsänderung einer Welle (4 a) beim Übertritt in ein anderes Medium:
die B. des Lichts, von Schallwellen;
Ü der Roman weist ironische -en auf.
2. (Sprachwiss.) Veränderung eines Vokals in den germanischen Sprachen unter dem Einfluss der benachbarten Laute.

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Brechung,
 
1) Physik: Refraktion, die Richtungsänderung von Wellen und Strahlen (z. B. Licht, Röntgenstrahlen, Schallwellen) an der Grenzfläche zweier unterschiedlichen Medien, in denen die Ausbreitungsgeschwindigkeit verschieden groß ist. Zwischen den Richtungen des einfallenden und des gebrochenen Strahles besteht ein gesetzmäßiger Zusammenhang (Brechungsgesetz): 1) Beide Strahlen liegen bei isotropen Medien in derselben, auf der Grenzfläche senkrecht stehenden Ebene; komplizierter sind die Verhältnisse bei der Wellenausbreitung in anisotropen Medien (Doppelbrechung); 2) Die Sinus des Einfallswinkels α1 (Winkel zwischen einfallendem Strahl und Einfallslot) und des Brechungswinkels α2 (Winkel zwischen gebrochenem Strahl und Einfallslot bilden ein von den Eigenschaften beider Medien abhängiges Verhältnis (snelliussches Brechungsgesetz, W. Snellius, um 1620). Ist das Brechungsverhältnis
 
so heißt das brechende Medium 2 »optisch dichter« als das Medium 1; entsprechend wird Medium 1 als »optisch dünner« bezeichnet. Das Brechungsverhältnis n21, die relative Brechzahl des zweiten Mediums (absolute Brechzahl n2) in Bezug auf das erste Medium (absolute Brechzahl n1), ist der Quotient der Fortpflanzungsgeschwindigkeiten c1 und c2 in beiden Medien: n21 = c1/c2. Für n1 < n2 wird α2 < α1, d. h., beim Übergang vom optisch dünneren ins optisch dichtere Medium tritt eine Brechung zum Einfallslot hin ein. Umgekehrt erfolgt beim Übergang vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium (n1 > n2) eine Brechung vom Einfallslot weg (α2 > α1), sofern nicht α1 einen bestimmten Grenzwinkel überschreitet und anstelle der Brechung an der Grenzfläche eine Totalreflexion in das Medium 1 auftritt. Infolge Dispersion der Wellenausbreitung wird bei der Brechung ein aus Teilwellen verschiedener Frequenzen bestehender Wellenvorgang in nach verschiedenen Richtungen hin sich ausbreitende Teilwellen aufgespalten.
 
Durch Konstruktion des Strahlengangs bei der Brechung mithilfe des huygensschen Prinzips kann das snelliussche Brechungsgesetz für beliebige Wellen abgeleitet werden. Fällt eine ebene Wellenfront aus einem Medium 1 (Wellengeschwindigkeit c1) schräg auf die Oberfläche eines anderen Mediums 2 (Wellengeschwindigkeit c2), so breitet sich von jedem Punkt, der von der Wellenfront getroffen wird, eine Kugelwelle aus. Da die einzelnen Punkte der Oberfläche durch den schrägen Einfall zeitlich nacheinander erregt werden, gehen diese Elementarwellen von Punkt zu Punkt etwas später aus. Die in das Medium 1 zurücklaufenden Elementarwellen überlagern sich zu der reflektierten Teilwelle (Reflexion), die in das Medium 2 hineinlaufenden zu der gebrochenen Teilwelle. Da die Wellen im ersten Medium in der Zeit t die Strecke c1 · t, im zweiten Medium die Strecke c2 · t zurücklegen, ergibt sich durch Überlagerung der Elementarwellen im Medium 2 eine gegen die ursprüngliche Richtung geneigte Wellenfront. - Die maxwellsche elektromagnetische Theorie des Lichts liefert eine exakte Begründung des snelliusschen Brechungsgesetzes und zeigt, dass das Licht in der kürzestmöglichen Zeit seinen Weg zurücklegt, wenn es dem Brechungsgesetz folgt (fermatsches Prinzip). Die Größe und Frequenzabhängigkeit der Brechzahl wird auf atomistische Ebene durch die unterschiedliche Polarisierbarkeit der Atome und Moleküle erklärt. Verändert sich die Brechzahl eines Mediums stetig, so erscheinen die Normalen der hindurchgehenden Wellen durch fortgesetzte Brechung gekrümmt (kontinuierliche Brechung; ). Beispiele sind Lichtstrahlen in einer Salzlösung, deren Konzentration mit der Höhe abnimmt. Weiter führt die in der Stratosphäre durch Temperaturzunahme mit der Höhe wachsende Schallgeschwindigkeit zur Schallausbreitung längs gekrümmter Bahnen, mit der die Zone des Schweigens erklärt wird. Bei der Beobachtung von Gestirnen muss die atmosphärische Refraktion beachtet werden.
 
Die Brechung ist nicht nur ein grundlegendes Phänomen der Optik, dessen wichtigste Anwendung die gezielte Lenkung, Bündelung und Streuung der Lichtstrahlen in optischen Instrumenten durch Linsen und Prismen zum Zweck der Abbildung ist. Sie ist auch an allen anderen elektromagnetischen Wellen sowie an Schallwellen (diese Schallbrechung spielt nicht nur bei der Schallausbreitung in der Atmosphäre, sondern auch bei Ultraschallprüfverfahren eine Rolle) und an Materiewellen zu beobachten. Insbesondere erfährt ein Strahl geladener Teilchen (z. B. Elektronen) eine Richtungsänderung, wenn er aus einem feldfreien Raum, in dem das elektrostatische Potenzial den konstanten Wert ϕ1 hat, in ein Raumgebiet mit dem konstanten Potenzial ϕ2 (≠ ϕ1) übergeht. Da ein Teilchenstrahl auch als eine Materiewelle aufzufassen ist, deren Phasengeschwindigkeit u mit der (einheitlichen) Geschwindigkeit v der Teilchen gemäß uv = c2 verknüpft ist, kann diese Richtungsänderung als Brechung von Materiewellen angesehen werden, für die das korpuskularoptische Brechungsgesetz
 
gilt. Unter Berücksichtigung des Energiesatzes (es muss die Teilchenenergie E in beiden Gebieten dieselbe sein, also ½ mvi2 + eϕi = E = const. für i = 1, 2; e = Elementarladung) lässt sich ein relativer korpuskularoptischer Brechungsindex definieren:
 
mit der potenziellen Energie Epot = e (ϕ2ϕ1) und der kinetischen Energie Ekin = ½ mv21 der ankommenden Teilchen (Masse m). Man kann dann die Krümmung der Bahn eines Teilchens in einem beliebigen ortsabhängigen Potenzial ϕ (r) als fortwährende Brechung seiner Materiewelle in einem Medium mit dem räumlich veränderlichen, zur Teilchengeschwindigkeit proportionalen absoluten Brechungsindex n (r) ∼ ansehen; die Flächen konstanten Brechungsindexes sind dann die elektrischen Äquipotenzialflächen.
 
 2) Sprachwissenschaft: von J. Grimm geprägte Bezeichnung für unterschiedliche Formen der Veränderung von Vokalen unter dem Einfluss bestimmter Laute der Folgesilbe. a) In der gotischen Grammatik die Öffnung von i zu [ɛ] (geschrieben aí) und von u zu [ɔ] (geschrieben aú) vor h, hv und r, z. B. gotisch »waírpan« (»werfen«) gegenüber »hilpan« (»helfen«), »taúhum« (»wir zogen«) gegenüber »budum« (»wir boten«). b) In der altenglischen Grammatik entstehen aus a, e, i vor rr, r + Konsonant, ll, l + Konsonant und h die Diphthonge ea, eo, io (z. B. altenglisch »bearn«, »Kind«, aus der erschlossenen germanischen Form »ƀarnan«). c) Im Nordgermanischen werden germanisches e und u durch a und u der Folgesilbe zu ia beziehungsweise io diphthongiert (z. B. altisländisch gjalda »bezahlen« aus der germanischen erschlossenen Form »geldan«). - Die Veränderung von i zu e, u zu o, eu zu io/ie durch a, e, u der Folgesilbe in der althochdeutschen Grammatik (z. B. »gibirgi«, »Gebirge«, gegenüber »berc«, »Berg«) wird auch als a-Umlaut oder Vokalharmonie bezeichnet.
 
 3) Verslehre: Enjambement.
 

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Brẹ|chung, die; -, -en: 1. (Physik) Richtungsänderung einer ↑Welle (4 a) beim Übertritt in ein anderes Medium: die B. des Lichts; die B. von Schallwellen; Ü bis zu dem durch Seitenkapellen und perspektivische -en im Übermaß gegliederten Innern (Fest, Im Gegenlicht 346). 2. (Sprachw.) Veränderung eines Vokals in den germanischen Sprachen unter dem Einfluss der benachbarten Laute.

Universal-Lexikon. 2012.

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Synonyme:

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  • Brechung [2] — Brechung (Refraktion), die Richtungsänderung, welche Lichtstrahlen, dunkle Wärmestrahlen, chemische und elektrische Strahlen beim Übergang aus einem durchsichtigen Mittel in ein andres erleiden. Fällt z. B. ein Lichtstrahl l n (Fig. 1) aus der… …   Meyers Großes Konversations-Lexikon

  • Brechung — bedeutet: in der Physik die Richtungsänderung einer Welle aufgrund einer Veränderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit. Siehe Brechung (Physik) in der Sprachwissenschaft (vor allem in einigen Dialekten) die Auflösung von Umlauten in zwei… …   Deutsch Wikipedia

  • Brechung [2] — Brechung der Lichtstrahlen, Refraktion, die Ablenkung der Lichtstrahlen von ihrer anfänglichen Richtung bei ihrem Übergang aus einem durchsichtigen Stoff (Mittel, Medium) in einen andern. Der Holländer Snellius fand (1621) das Brechungsgesetz,… …   Kleines Konversations-Lexikon

  • Brechung — *Brechung, 5) das im Hochdeutschen geltende Lautgesetz, wornach, namentlich in starken Verbis, die Vocale i u. u des Stammes in e u. o verwandelt werden, wenn die Bildungsendsylben ein a haben; so althochdeutsch hilfit (er hilft) u. hulfun (sie… …   Pierer's Universal-Lexikon

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  • Brechung — (Refraktion) des Lichtes, s. Licht …   Lexikon der gesamten Technik

  • Brechung — Brechung, in der deutschen Grammatik der Übergang von i zu e (got. aí) und u zu o (got. aú), wenn in der nächsten Silbe ein a steht oder stand (so im Mittelhochdeutschen), oder vor r und h (im Gotischen) …   Kleines Konversations-Lexikon

  • Brechung — Brechung,die(Phys):Ablenkung·Beugung·Refraktion …   Das Wörterbuch der Synonyme

  • Brechung — Die Brechung des Lichtes tritt ein, wenn Licht von einem optischen Medium (z.B. Luft) unter einem Einfallswinkel in ein anderes optisches Medium (z.B. Glas) übergeht. Der Lichtstrahl wird gebrochen, also abgelenkt, beim Übergang von einem optisch …   Das Lexikon aus „Bernie's Foto-Programm"

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