屈折率

高校物理１の屈折率について質問します。

素朴な質問です。
屈折率はすべて１より大きいのでしょうか？
どの参考書を見ても、入射角＞屈折角の図が載っているものですから質問します。また、１より大きいと決まっているのであれば、それはなぜですか。
よろしくお願いします。

No.6 ベストアンサー 回答者： gamma 回答日時： 2007/09/11 19:26

>ということは、媒質Iから媒質IIへ進む時の屈折率ｎ12が１より大きければ、逆に媒質IIから媒質Iへ進む時の屈折率ｎ21は１より小さいということですね。

違います！
屈折率は、真空中の光の速さと物質を透過する時の光の速さ（正しくは位相速度）との比に等しくなります。
ほとんどの物質で可視光程度の周波数（波長）では屈折率は1より大です。
（高校生には難しいですが）
1.吸収線のやや短波長側では屈折率が1より小になります。これは原子の周りにある電子が光の電場で共振する時の特性によって現れます。多くの場合、これは軟Ｘ線領域です--簡単な光学の本には出ていません--。
2.プラズマは常に屈折率が1より小です。電離層で電波が反射するのはこのためです。もちろんプラズマの密度と電波が反射する周波数は関係があります。

この回答への補足

回答ありがとうございます。

＞違います！
屈折率は、真空中の光の速さと物質を透過する時の光の速さ（正しくは位相速度）との比に等しくなります。

↑あれ？
私が見ている高校物理１の参考書によれば、
「入射角i、屈折角r　として、屈折の法則　ｎ12＝sin(i)/sin(r)＝v1/v2
上記n12は媒質１に対する媒質２の屈折率（相対屈折率）である。媒質１が真空の場合の屈折率を特に媒質２の絶対屈折率という（単に屈折率といえば絶対屈折率をさす場合が多い）。
　媒質１、２の絶対屈折率をそれぞれn1、n2とすると
　媒質１に対する媒質２の屈折率は、n12＝n2/n1（＝v1/v2）」

以上よりn21＝n1/n2となるはずであり、そうすると、n12が１より大きければ、n21は１より小さくなりませんか？

補足日時：2007/09/11 23:11

No.8 回答者： sanori 回答日時： 2007/09/13 02:15

＃４の回答者です。

相対屈折率の話になってしまうのであれば、
「屈折率はすべて１より大きいでしょうか」
という当初のご質問は、もはや意味がありません。
なぜならば、
ｎ12（＝ v1/v2） と ｎ21（＝ v2/v1）は、互いに他の逆数、
つまり ｎ12／ｎ21 ＝ １　になるので、
一方が１より小さければ、もう一方が１より大きくなることは自明だからです。

単に「媒質１の屈折率」であれば、９９％以上の確率で、絶対屈折率のことです。
お持ちの参考書では、
「媒質１に対する媒質２の屈折率は、n12＝n2/n1（＝v1/v2）」
となっているようですが、"媒質１に対する"という言葉がつけられていることによって、相対屈折率のことを指しているのが明らかになっているだけです。

単に言葉の定義や文脈の問題ですから、これ以上の議論は不毛だと思いますよ。


以上、仕事で屈折率を扱った経験のある者からのアドバイスでした。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
屈折率については、高校学習用参考書の記載に基づいて質問しました。実態を知りませんので、変な質問でしたらすいませんでした。

絶対屈折率は真空と媒質との比ということなので、速度比を考えれば、障害のない真空状態が一番早く、よって、絶対屈折率は１以上（媒質中の速度は真空中よりも遅い）なのでしょうね。

お礼日時：2007/09/13 03:09

No.7 回答者： gamma 回答日時： 2007/09/12 18:30

>私が見ている高校物理１の参考書によれば、

「入射角i、屈折角r　として、屈折の法則　ｎ12＝sin(i)/sin(r)＝v1/v2
上記n12は媒質１に対する媒質２の屈折率（相対屈折率）である。媒質１が真空の場合の屈折率を特に媒質２の絶対屈折率という（単に屈折率といえば絶対屈折率をさす場合が多い）。
　媒質１、２の絶対屈折率をそれぞれn1、n2とすると
　媒質１に対する媒質２の屈折率は、n12＝n2/n1（＝v1/v2）」
-------------------
参考書をていねいに読み直しましょう。

この回答への補足

回答ありがとうございます。
再度確認しましたが、

「入射角i、屈折角r　として、屈折の法則　ｎ12＝sin(i)/sin(r)＝v1/v2
上記n12は媒質１に対する媒質２の屈折率（相対屈折率）である。媒質１が真空の場合の屈折率を特に媒質２の絶対屈折率という（単に屈折率といえば絶対屈折率をさす場合が多い）。
　媒質１、２の絶対屈折率をそれぞれn1、n2とすると
　媒質１に対する媒質２の屈折率は、n12＝n2/n1（＝v1/v2）

光が媒質２から媒質１に進むときも、光の道筋は同じである。このときの屈折率は
ｎ21＝sin(r)/sin(i)＝1/（n12）

という表示がありました。」


＞参考書をていねいに読み直しましょう。
↑どういうことでしょうか？

補足日時：2007/09/12 23:31

No.5 回答者： 91091 回答日時： 2007/09/10 22:08

Ｎｏ．２です。

１より小さい、１より大きいを言い間違えていました。すみません。
１より小さい時は稀で、ほとんどの場合１より大きいです。

No.4 回答者： sanori 回答日時： 2007/09/10 20:53

屈折率が１より小さくなることはあります。

数日前に、こちらへ回答しました。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa3315869.html
（ただし、高校生は知らなくてもよいでことです。
　大学や仕事で屈折率を何度も扱った私でさえ、数日前に知って
　驚いたばかりです。）

＃３さんも同様のことを書かれていますが、ご回答文中、
「１より小さくなる」と書くべきところ「１より大きくなる」に
しているのは、うっかりですよね？　＾＾

なお、＃３さんへのお礼文で「相対屈折率」を引き合いに出されて
いますが、それは本題と全く関係がありませんので。

この回答へのお礼

　回答ありがとうございます。

　早速光の屈折の単元を調べましたところ、
「屈折率ｎ12は、媒質Iに対する媒質IIの屈折率（相対屈折率）である。光が媒質IIから媒質Iに進むときも、光の道筋は同じである。この時の屈折率ｎ21=1/n12 となる。」
という表示を見つけました。ということは、媒質Iから媒質IIへ進む時の屈折率ｎ12が１より大きければ、逆に媒質IIから媒質Iへ進む時の屈折率ｎ21は１より小さいということですね。

お礼日時：2007/09/11 00:17

No.3 回答者： foobar 回答日時： 2007/09/10 12:15

通常の電磁波（電波、可視光など）を扱う範囲では、物体中の光速＜真空中の光速（比誘電率＞１、比透磁率＞１）のため、屈折率は１より大きくなるかと思います。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
今後の参考にさせていただきます。

お礼日時：2007/09/11 18:20

No.2 回答者： 91091 回答日時： 2007/09/10 01:58

入射する電磁波の周波数次第で１よりも大きくなることがあります。

普通の電波や可視光を扱う場合、１より大きくなることはほぼないと思います。
Ｘ線とかになると、例えばアルミ中に入射するとき、１より大きくなります。
１より大きいといっても、特別な現象が起きているわけではありません。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
電磁波（光）の話ですね。まだ詳しい話がわからなくてすいません。

今私が考えている波も屈折率ということで同じだとすると、この屈折率は相対屈折率というものであるようなので、組合せ方によって、屈折率が１より大きくなったり、また、逆にすれば屈折率が１より小さくなったりする可能性は考えられると思います。ただ、思うだけなので、確認できるとありがたいと思います。

お礼日時：2007/09/10 19:14

No.1 回答者： gatyan 回答日時： 2007/09/09 23:07

大抵は、空気中->水の例を示してあるからじゃないかな？

水中->空気中は・・・？

密度の異なる物質の境界で屈折する理屈は知ってますよね？

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
＞密度の異なる物質の境界で屈折する理屈は知ってますよね？

↑密度の異なる媒質中での波の伝わる速度が違うため、媒質１に対する媒質２の屈折率N12＝(v1)/(v2)となる（ホイヘンスの原理で説明してありましたが）球面波の進行が屈折となって現れるのであると思います。

お礼日時：2007/09/09 23:43