空気中の光の速度についてデータを求めています。
温度等の変化で速度が変わると思いますが、どれぐらい変わるのか知りたいのです。
速度(屈折率や波長でも可です)を決めるパラメータと速度の表、計算式等ありましたら、ポインタでも結構ですのでお教えください。

このQ&Aに関連する最新のQ&A

A 回答 (11件中1~10件)

御免なさい。

式を間違えました。
気温T,圧力Pの気体の屈折率nは、その標準屈折率をn0として、

n-1 = (n0-1)*(P/1013)*((273.15+15)/T)

です。
n-1の項は基本的に気体の密度に比例する式となります。
上記の式には更に補正項がありますが、大きな気圧、気温の変化がなければこれで通用します。
これは、標準気体だけではなくて、大気圧程度以下で、室温程度の大抵の気体に通用します。
波長換算でどのくらいずれるかは、その波長にも寄りますが、0.1nm = 100pm程度の違いというと、かなりの気圧、温度の変化になります。
10%以上変化しなければ、そのくらいの違いは出ないでしょう。
    • good
    • 2
この回答へのお礼

有難うございます。
これが、当初より期待していた答です。
標準気体の圧力Po、温度 To として、

n - 1 = (n0 - 1)*(P/Po)*(To/T)

ということですね?

お礼日時:2001/02/28 23:21

はい。

その通りです。
PV=nRT
の式に当てはめて考えると、ちょうどstomacmanさんがご指摘されたように空気の密度に比例するという答えになります。

ちなみに、0.1nm程度の範囲ですと、温度計は0.01度、気圧計は0.02hPa程度の分解能のものを使って測るとちゃんと相関が取れるのがわかります。
ただし、空間に温度分布があったり、空気の組成が変化すると、干渉縞との相関が取れなくなってきますので注意が必要です。

私が以前行った方法では、エタロンを使い、密閉容器に100%N2を封入して温度圧力を測定して干渉縞との相関を取ったことがあります。
あと、昔はこの方法を使って未知の波長を正確に測定することなども行われています。

では。
    • good
    • 1
この回答へのお礼

今回、回答を下さった皆様にお礼を申し上げます。 mickjey2さん、stomacmanさんには、詳しい説明を数度に渡っていただきました。心よりお礼を申し上げます。

以下に、回答をまとめておきます。
気体中の光速vは、気体屈折率をn、真空中の光速をcとすると、次の式になります。
 v = c / n
気体の屈折率は、気体の温度をT、圧力をP、標準気体の温度をTo、圧力をPo、屈折率をn0 として、次の近似式で計算することができます。
 n-1 = (n0 - 1) * (P / Po) * (To / T)

以上より、通常観測される光速の範囲は、およそ 299700000~299725000(m/s) と予想できます(最後の数値は、皆さんに頂いた情報から、ナトリウムD線について、乾燥空気、-10℃~50℃、930~1050hPa の範囲で質問者が計算しました)。

ありがとうございました。

お礼日時:2001/03/01 23:32

毎度の事ながら、stomachman計算間違いですf(^^; ごめんなさい。


空気の密度じゃなくて屈折率の精度が5桁なんだから、(屈折率-1)の因子でわり算しなくちゃいけない。つまり気温や大気圧の測定精度は3000倍ぐらい甘くて構わないんでした。
すなわち大気圧に関しては数十hPaの精度=気にしなくて良い位、気温に関しては数度のオーダーです。しかし「水蒸気の屈折率はぎりぎり無視できそう」という部分は変わりません。
どうやら一番問題なのは、干渉計の熱膨張ってことになります。
    • good
    • 0

補足を拝見しました。

stomachmanです。
 必要な精度は5桁程度、ということですね。
 通常、干渉計のキャビティは剛性の容器に密閉して乾燥空気を入れるか真空にする。温度に関して、干渉計全体の熱膨張による鏡の間隔の変化を問題にします。しかしご質問の装置ではopen airになっているようですから、よほど大きいんだろう。でも大きいとコヒーレンスが悪くなって分解能が落ちます。(話がご質問とずれるのでここでは検討しませんが。)どうして密閉しないのか不思議です。光路中に物を挿入するにしても、干渉計のキャビティを真ん中で2つに分けて間に隙間をつくり、そこにもの(と乾燥空気)を入れた容器を挿入すれば良い訳で...
 正直に申し上げて一体どういうことに使う装置なのか、想像が難しいです。まるで空気の屈折率を測定するための干渉計?になっているみたいですが、それも容易なことではない。

役に立たない豆知識コーナー: 光路が特に長い場合、鏡面や空気に温度むらがあると光は直進しないので、両方の鏡の前にレンズを置いて焦点に鏡を置く、などの工夫をして、往復する光がほぼ同じ経路を通るようにしてやる必要があります。光速を最初に測った歴史的なフィゾーの実験でもまさにこの工夫がなされています(が、多くの解説書の図ではその部分が省略されてしまっています)。アマチュア用の小さな反射型天体望遠鏡ですら、鏡筒のなかをうちわで扇いで温度むらを消すことで像を改良するというテクニックがあるぐらいですから、光路が1mもあれば十分にかげろうが立ちます。

 さて、理科年表じゃダメだと仰るのは、正しいページをご覧になっていない。開くべきは「気体の体膨張率と圧力係数」の表です。この表で、一定気圧の空気が1℃あたりどれだけ膨張するかが分かりますから、一定気圧下での密度が割り出せます。この空気をシリンダーに入れてゆっくりと(温度を変えずに)圧縮したとすると、体積は圧力と反比例しますから、密度は圧力に正確に比例します。従って、標準空気に対する空気の密度の比(ここでは「密度比」と呼ぶことにしましょう)は
 密度比=(大気圧)×(1+体膨張率×ΔT)/(標準大気圧)
ΔT = (気温-標準気温)[K]
標準大気圧と標準気温は、空気の屈折率の表に併記されている通りです。そして
空気の屈折率=密度比×標準空気の屈折率

 この式から分かるように、大気圧の計測が少なくとも5桁まで正確(絶対精度0.0X hPa)でないとお話になりません。体膨張率はだいたい0.004ですから、気温も0.00X℃の絶対精度を要求されます。とても大変な精度です。基線(鏡の間隔)が長い場合に、こんな精度で気温をコントロールできるとはとても思えません。条件によっては計測用の光による温度上昇すら考慮しなくちゃいけないかも知れません。
 次に湿度の問題ですが、理科年表ではナトリウムD線において1.000259としか載っていません。同じ波長の空気の屈折率は1.000277ですから、5桁の精度で見ると、同じとみなしてもなんとか使える程度であろうと思います。(しかし使う波長が余りにも違う場合には、水蒸気の屈折率を調べてみる必要がありそうですね。)
 最後に干渉計自体の熱膨張の問題です。「固体の線膨張率」の表から、たとえばステンレス鋼なら大体 (1+(2×10^-5)ΔT)倍に伸びる。基線をL[m]、波長を大体10^-6[m]として、波数=L/10^-6 ですから、
伸び(2×10^-5)ΔTLを波数で割ったものが0.1[nm]のオーダーになる必要がある。
(2×10^-11)ΔT~10^-10[m]
ですから、ΔTは1℃ぐらいの精度で分かっていれば良い。この要求精度は基線長Lに依りません。(いやこれだけでも苦労します。それで、構造と材料を旨く選んで熱膨張の影響が常に打ち消されるようにする方が良い。原理的には、「紙に打ち込んだステープラーの針」のような形のアームを構成して、両方の鏡を後ろから支えてやるんですね。)

 以上から、この干渉計はどうも密閉しない限り5桁の精度など出そうにないぞ、という結論になります。
 なおstomachmanは計算間違いの常習犯なので、鵜呑みにしちゃダメですよ。
    • good
    • 1
この回答へのお礼

たびたびのご回答有難うございます。
しかしながら、よく理解できません。「気体の体膨張率…」ぐらいのところからわからなくなってしまいます。密度をM、体積 V、気圧 P、温度 Tとして、標準空気のそれにoをふると、密度比は M/Mo ですよね?
M/Mo = Vo/V = (P/Po)*(To/T) としてはだめですか?

お礼日時:2001/02/28 23:13

光の速度はご存じの通り、c/n ですね。

(c:真空中の速度,n:空気の屈折率)
で、この空気のnについては、アメリカ理科年表などいくつか実測した数値から換算する式があります。
具体的には、空気は、
「気圧」「温度」「組成」
の影響を受けます。
「組成」は酸素、窒素、二酸化炭素、水分の影響ですが、干渉計でしたら、取りあえず支配的な物は、
「気圧」「温度」を考えられればよいでしょう。
空気の屈折率は、理科年表より標準気体における屈折率n0を基準として計算できます。
(1atm、15℃、CO2:0.1%、酸素、、、手元に資料がないので出てきません)

で、求める式は、簡単には、

n=n0×(P/1013.15)×((273.15+15)/T)
Pは[hPa]、Tは[K:ケルビン]

です。
要するに空気の密度に比例するようになっています。
厳密には更に補正項があるのですが、通常でしたら上記の式で通用します。
    • good
    • 0

 媒質の(絶対)屈折率は


(真空中の光速)/(媒質中の光速)
です。従って空気の屈折率を調べればよい。ご承知の通り屈折率は光の周波数(波長)に依るので、用途によってはこの事も考慮する必要があります。ともかくまずは「理科年表」が必要。空気の屈折率も載ってます。(一冊持っていると便利ですし、年表と言っても毎年買い換える必要はありません。)

 気温による違いは空気の密度の変化を通して屈折率に影響します。(陽炎が立つのはまさに気温のムラ→密度のムラ→屈折率のムラが生じるためですね。)実用的には空気の密度に比例して屈折率が大きくなるとして良い。空気の密度は気圧によって異なるのはもちろんの事です。標準乾燥空気のデータをもとに、気圧と温度による密度の変化分を補正します。
 湿度があると、空気は乾燥空気(主に窒素と酸素)+水蒸気の混合気体になる訳で、精密にやるには水蒸気の屈折率も考慮しなくちゃいけません。この場合、気温による違いは飽和水蒸気圧の変化としても効いてきます。相対湿度(普通の湿度計で測る数値)と飽和水蒸気圧をかけ算して絶対湿度(空気中の水蒸気の分圧)を算出します。そして、水蒸気の屈折率と乾燥空気の屈折率を、混合比を重みとして平均すれば大抵十分でしょう。幸い水蒸気の屈折率は空気と概ね同じなので、よほど精密にやるときしか必要ないとは思いますが。

 役に立たない豆知識コーナー:現在では真空中の光速は数値が厳密に定義された定数です。そして1mという長さは、原子時計で定義される1秒と、真空中の光速とを基準にして決められているんです。昔はメートル原器を長さの基準にしていたけれど、それじゃ精度が足りなくなったんですね。

 というわけで、まずは理科年表を見ながら、わからない所があれば具体的に補足していただくと宜しいかと思います。また、もし差し支えなければ、何の目的にお使いなのかも補足してくださると、必要な精度(逆に言えばどこまで手抜きできるか)が見積もれるかも知れません。

この回答への補足

回答有難うございます。
干渉計の誤差要因を見積もろうとしています。空気中での波長変動がどれぐらいになるかを知りたかったのですが、(たとえば)温度に依存した光速、あるいは屈折率の変化がわかれば、波長変動がどの程度かわかると考え、質問しました。
欲しいのは、波長が 0.1nm のオーダで、空気の状態によってどれほど違いが出るかです。
理科年表は質問の前に見ましたが、空気の屈折率として、15℃、1気圧、乾燥空気の波長に対する表と、0℃、1気圧、ナトリウムD線の屈折率しか見つからず、ここから考えるにも、データ不足と判断しました。
stomachmanさんの回答により、とりあえず、湿度にはあまり影響を受けなさそうとわかりました。
とすると、(温度、気圧変化による)密度に対する、波長(あるいは、光速、屈折率)の変化がどの程度かが知りたいです。

補足日時:2001/02/27 23:20
    • good
    • 0

私も教科書に載っている事なのですが・・・。


光の速度の測定はフィゾーの実験が有名ですね。
(参考)http://133.41.17.13/kyochan/hikarispeed.html

ある光の真空中での波長をλ、屈折率nの媒質中の波長をλ’、速さをvとすると、屈折するときは振動数が変らないので
n=c/v=λ/λ’
ちなみに私が参考にした教科書は数研出版株式会社から出ている「物理(1)・B」と「物理(2)」です。
    • good
    • 0

普通の教科書に載ってることで、恐縮ですが・・・



真空中の光速cは、真空の誘電率εと真空の透磁率μに依存し、

c=(εμ)^(-1/2)

となります(普通はεとμに添え字0が入ります)。
誘電率と透磁率を媒質のそれらに入れ替えれば良いのでは?
    • good
    • 0
この回答へのお礼

ありがとうございます。
光速は、誘電率と透磁率の関数だということがわかりました。
とすると、疑問は、空気の誘電率、透磁率はどうやって決まるかというとことになります。温度、気圧、湿度などが変数になりそうですが…。

お礼日時:2001/02/27 18:18

elalameinさんにちょっと補足、「光速不変」とおっしゃるのは真空中でのお話です。

何らかの媒体を通過するときは遅くなります。

光速が温度で直接的に変わることはありません。温度により媒体の密度が変化しそれにより光速が変わるということはあります(Youjiさんのご質問はその意味ですよね?)。

その昔、空気の密度と光速の関係式はどこかで見たことがあるのですが(学生時代の物理実験のテキストにあったかなあ)どこにあったやらすっかり忘れてしまい・・・

結局役に立たずすみません。
    • good
    • 0
この回答へのお礼

ありがとうございます。
データがあることがわかりましたので、期待が持てそうです。
そのテキストがほしいです…。

お礼日時:2001/02/27 18:14

補足です。


空気中と真空中で異なるというのは、どこかで聞いたことがありますが。
    • good
    • 0

このQ&Aに関連する人気のQ&A

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q光で映画レンタルしていますか?

世間では光への移行が進んでいるようですが、我が家はお恥ずかしながらまだADSLです。光にすると映画などをレンタル出来るそうで、実際のレンタルビデオだと貸出中や延滞金があるのに、それがないとのこと。皆さんは本当に光で映画などをレンタルしているのでしょうか?もしもしているとすれば、どこの事業者のどの料金プランでどのように使っているのか教えていただけますか?

私は関西で戸建てに住んでいますので、選択肢としてはeo光かフレッツひかりのどちらかだと思われます。しかし例えばNiftyのひかりTVの場合、お値打ちプランだと月額3675円もの高額な料金になります。ツタヤ等の実店舗でレンタルビデオ1回につき500円としても月に8本以上もレンタルしないとひかりTVがお得になりません。せいぜい月に1~3本しか見ない我が家ではツタヤの実店舗に今まで通り借りに行くほうがお得に思われます。

Aベストアンサー

インターネット動画配信サービスを行っているところもありますよ。

huluというサービスは月額980円で見放題というサービスがあります。

Q屈折率と波長について

透明な材料で屈折率は波長が短くなるにつれ、大きくなるのは光と物質の相互作用の観点から考えると、どのようになりますか。

Aベストアンサー

http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1113272736

Q光ファイバーでの映画はどのていど鮮明でしょうか

インターネットでの映画をときどき見ています
光ファイバーにするとより鮮明になるそうなので、乗換えを視野に入れています。

光ファイバーでのインターネット映画の映りは実際のところはどのていどのものなんでしょうか 

現在はヤフーADSL50M です インターネットでの映画は見られなくはないがいまいちなのです

速度測定では
 下り 3.66Mbps
 上り 0.8Mbps
 伝送損失39dB
 線路距離2980m
と出ました(価格.com)

PC WinXPHomeSp2  Pen4 3.06GHzメモリ512×2

Q1光ファイバーでは期待できる速度やインターネットでの鮮明さはどのていどになるでしょうか
電器店とかでデモっているのを見れば判るでしょうか

Q2現在ブロードバンドルータを介してデスクトップ2台をLANケーブルで、ノート1台を無線でつないでいますが、光にしてもこれはそのまま使えますか(BUFFALO Air Station WYR G54 )

Aベストアンサー

 画像の鮮明さは回線速度ではなく、データ提供元の会社が決定します。
 現在、多くの会社から提供されているデータは、最大でも秒間2Mbps程度で、これはあなたのおうちなら充分視聴できるサイズです。(会社によっては、もっと画質のいいデータを提供しているところがあるかもしれませんが)
 よって、光ファイバーに乗り換えても、画質の向上はまったく見込めないでしょう。

 ちなみに、光ファイバーに乗り換えた場合、現在お使いのルーターは使えなくなります。
 ノートで今と同じように通信するには、専用のルーターを用意する必要があります。(光回線の提供元に聞けば用意してくれるかもしれませんが)

Q光の波長と屈折率について

自然光をプリズムで分散させると、波長が短い光ほどよく屈折すること
がわかります。これは波長が短いほど、媒質中を進む光の速さが
遅いことを意味しているかと思います。
では、高校教科書などにある、絶対屈折率の数値はどの波長の屈折率
を指しているのでしょうか。例えば水(20℃)では絶対屈折率が1.333とあ
ります。波長によって屈折率が異なるわけですから、どの波長の光に
対する屈折率なのかを言及していなければおかしいかと思うのですが・・・

この点はどう考えればよろしいでしょうか。よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

>どの波長の光に対する屈折率なのかを言及していなければおかしいかと思うのですが・・・

 だから、厳密な値が必要なときは、必ず明記してあります。
【引用】____________ここから
dn/dtは波長によって異なり、温度によっても変化します。
・・・【中略】・・・
 カタログでは、通常光学設計に用いられるdn/dtrelativeの値を、1,013.98nm(t)、643.85nm(C')、632.8nm(He-Neレーザー)、589.29nm(D)、546.07nm(e)、479.99nm(F')及び435.835nm(g)の波長について、
 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ここまで[株式会社オハラ:光学的性質( http://www.ohara-inc.co.jp/jp/product/optical/opticalglass/01002.html )]より
 と言う風に。

 しかし、これは特定の素材について屈折を考えるときは考えなくて良い場合がありますね。なぜなら、波長に比例するので計算過程で消えてしまうから。
 特に断りがないときは、D線--波長589.3nmのナトリウムのD線についての値と判断してよいです。

>どの波長の光に対する屈折率なのかを言及していなければおかしいかと思うのですが・・・

 だから、厳密な値が必要なときは、必ず明記してあります。
【引用】____________ここから
dn/dtは波長によって異なり、温度によっても変化します。
・・・【中略】・・・
 カタログでは、通常光学設計に用いられるdn/dtrelativeの値を、1,013.98nm(t)、643.85nm(C')、632.8nm(He-Neレーザー)、589.29nm(D)、546.07nm(e)、479.99nm(F')及び435.835nm(g)の波長について、
 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ここま...続きを読む

Q映画の背景で換気扇がゆっくり回って光が射し込んでいる映像

よくある映画のシーンで、背景に換気扇がゆっくり回っていてその隙間から光が射し込んでクルクルまわっているいる映像をよく見るのですが、これを一番最初にやった映画や監督は誰ですか?

大抵の映画にこのようなシーンがあるような気がするのですが・・・何故なんでしょう。

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

リドリースコットだと思います。ブレードランナーや、ブラックレイン、エイリアンなどに、そのようなシーンがでてきます。パッと思い浮かんだのが、リドリースコットです。

参考URL:http://www.i-breeze.com/ayachi/direct/direc_r/direc_r02.html

Q光の屈折率について(波長が長い短いで・・・)

色彩検定3級の勉強を始めました。
疑問があるので質問します。
屈折率は、波長が長い光ほど小さく、波長が短くなるに従って大きくなるとテキストにあります。
なぜ、波長が長い光が屈折率が小さいのですか?大きい感じがします。
波長が短くなると屈折率が大きくなるのもなぜですか?これも小さい感じがします。
理科が苦手な私に分かりやすく教えてください。
さっぱり分からないのでなかなか覚えられません。しっかり理解したいです。

Aベストアンサー

> 屈折率は、波長が長い光ほど小さく、波長が短くなるに従って大きくなるとテキストにあります。

これはいつも正しいわけではありません。こういう場合が多いというだけです。
色彩検定のレベルでは、理屈は無しにこう覚えられた方がいいのでは。

色彩なので、目に見える光の範囲で透明な材料の屈折率を問題にするのだと思います。
そういう材料は紫外域(波長が目に見える光より短い)で共鳴吸収があり、屈折率が大きくなります。

その結果、紫外域に近くて波長の短い紫で屈折率が大きく、波長がから離れた赤で屈折率が小さくなります。

#2の先生が、
「波長が長い(周波数が低い)ほど、ガラスの結晶構造の影響が少なく、逆の場合は影響が大きいためです。結晶構造とは、原子の繋がり、構造が密な程進行速度が遅くなるためです。密度が高いと電子の影響が大きくなり、そのため速度が低下することになります。」
と書いていらっしゃいますが、きっと難しい理論を噛み砕いての説明だと思います。
噛み砕かれ過ぎてて、私にはなんのことを書かれているのかまったくわかりません。

これをそのまま読むと、光が当たった部分だけ、電子が寄ってきて密度が上がり、屈折率が上がるようにも読めます。
一部の誘電体ではそういうことも起こるようですが、一般的でないです。

> 屈折率は、波長が長い光ほど小さく、波長が短くなるに従って大きくなるとテキストにあります。

これはいつも正しいわけではありません。こういう場合が多いというだけです。
色彩検定のレベルでは、理屈は無しにこう覚えられた方がいいのでは。

色彩なので、目に見える光の範囲で透明な材料の屈折率を問題にするのだと思います。
そういう材料は紫外域(波長が目に見える光より短い)で共鳴吸収があり、屈折率が大きくなります。

その結果、紫外域に近くて波長の短い紫で屈折率が大きく、波長がから離れた赤...続きを読む

Q光と闇が対決する映画を教えてください

光と闇が対決する映画を教えてください。
洋画邦画アニメなんでもいいです。
たとえば「幻魔大戦」みたいなものでしょうか?

よろしくご教示お願いします。

Aベストアンサー

アニメ 「バンパイヤーハンターD」

 人間とバンパイヤーの混血、D(ディー)が
バンパイヤーたちと戦います。
 人間からはバンパイヤの仲間のように見られ
嫌われるDですが、彼に救われた人たちは彼への
感謝の気持ちを忘れていません。


洋画 ブレイド

 この日本アニメのパクリだと言われているハリウッド
映画に「ブレイド」というのがあります。
出産の直前に母親がバンパイヤーに襲われ、
人間でありながら、バンパイヤーたちが持つ
特殊なパワーを身につけたブレイドとバンパイヤー
たちの戦いを描きます。吸血本能だけは薬で
押さえ戦うブレイドですが、徐々に限界に近づき
苦戦を強いられます。

Q屈折率と波長と周波数の関係について

はじめまして。
ちょっと困っているので助けてください。

屈折率は入射光の波長に依存しますよね?
一般的な傾向として、波長が長くなると
屈折率は小さくなりますよね?
それで、このことを式で説明しようとしたんですが、

屈折率は真空の光速と媒質中の光速の比なので、
n=c/v
媒質中の光の速度、位相速度は
v=fλ
で、周波数と波長に依存します。

ところが!波長と周波数は逆数の関係なので、
この二つの式を使ってしまうと
屈折率が波長に依存しないことになってしまうのです・・・。
どうかこのあたりの説明をおしえてくださいませんか。
よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

ekisyouさん、改めまして初めまして。
ご指摘のようにfとνは全く同じものです。同じ物理量に異なる文字を使ってしまったのは私のミスです、申し訳ありませんでした。また「振動数」「周波数」の二つの言い方を用いましたがこれもどちらでも同じことです。ekisyouさんのこれまでのお考えで正しいです。

前回の回答をもう一度正しく書くと
--------
n=c/v
が屈折率の定義そのものである。真空中の光速cは不変であるからnが波長(または周波数)依存性を持つとしたら媒質中の光速vが周波数依存性を持つことになる。従ってこの式は周波数をfとして
n=c/v(f)
と表すべきものである。
二番目の式
v(f)=fλ
で、vに周波数依存性があることを考えるとfとλは厳密な反比例な関係でない。
--------
となります。大変失礼を致しました。

なお上記の式だけからでは「赤い光の方が紫の光より屈折率が小さくなる理由」は絶対に出てきません。
その理由を説明するためにはどうしても電場中での媒質の分極を考える必要があります。屈折の原因は既にご承知とのことですので、あとはその部分の理解を深めて頂くのみです。
(1)光が媒質中を通過する場合、周囲の媒質を分極させながら進む。
(2)可視光線の範囲であれば、周波数が高くなるほど分極の影響により光は進みにくくなる。
(3)(2)により光の速度が落ちる、ということは即ち屈折率が上がる、ということである。

(2)ですが、共振現象とのアナロジーで考えれば分かりやすいと思います。いまある物体を天井からひもで釣るし、それにさらに紐を付けて手で揺らすこととします。(A)ごくゆっくり揺らす場合は手にはほとんど力はかけなくて済みます。(B )ところが揺らす周期を短くするとだんだんと力が要るようになります。(C)さらに周期を短くして共振周波数に達すると急に力は要らなくなります。(D)そしてさらに揺らす周期を短くしようとすると、あたかもその錘に引張られるような感覚を受けます。(E)そしてさらにずっと周期を短くすると、錘はまったく動かずに錘と手を結んでいる紐だけが振動するようになります。
可視光線はちょうどこの中で(B)の領域になります。すなわち周波数を高くすると、それにつれて周囲の分極があたかも「粘り着く」ようになり、そのために媒質中の光の速度が落ちるのです。(もっとも、「粘り着く」なんて学問的な表現じゃないですね。レポートや論文でこんな表現をしたら怒られそう・・・)

こんな説明でよろしいでしょうか。

参考となりそうなページ:

「光の分散と光学定数の測定」
http://exciton.phys.s.u-tokyo.ac.jp/hikari/section2.htm
同、講義ノート(pdfでダウンロード)
http://exciton.phys.s.u-tokyo.ac.jp/kouginote/opt2k.html

"Kiki's Science Message Board" この中の質問[270]
http://www.hyper-net.ne.jp/bbs/mbspro/pt.cgi?room=janeway

過去の議論例(既にご覧になっているかと思いますが)
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=140630

ekisyouさん、改めまして初めまして。
ご指摘のようにfとνは全く同じものです。同じ物理量に異なる文字を使ってしまったのは私のミスです、申し訳ありませんでした。また「振動数」「周波数」の二つの言い方を用いましたがこれもどちらでも同じことです。ekisyouさんのこれまでのお考えで正しいです。

前回の回答をもう一度正しく書くと
--------
n=c/v
が屈折率の定義そのものである。真空中の光速cは不変であるからnが波長(または周波数)依存性を持つとしたら媒質中の光速vが周波数依存性を持つことにな...続きを読む

Qプリキュアの映画に行くと大きなお友達も光るライトをもらえますか?

プリキュアの映画に行くと大きなお友達も光るライトプレゼントをもらえますか?
一人で行った場合。

Aベストアンサー

チケットを買わずに入れる下の娘と
チケットを買った私は貰えませんでした。
チケットを買って入った上の娘だけが貰えました。
だから貰えないんですよ。なんだか納得いきませんが。

ちなみに昨秋の光るライトはミラクルライトII
この春のものはミラクルライトIIIです。

新しい主人公にちなんで
「幸せゲットだよ~♪」と言いたいところですが。。

Q波長の変化による屈折率の変化

光の波長は短いほうが,集光性が悪かったと記憶しています.
つまりは,屈折率は波長が短くなるほど小さい値になり,集光しにくくなるためだと思うのですが,当たっていますでしょうか?
また,波長と屈折率の関係を示した図とかあったら教えて欲しいです.
何卒宜しく願います。

Aベストアンサー

>短波長側に行くほど吸収も強くなるとありますが,なぜなのでしょうか?
これは原子核と電子、原子間の結合エネルギーと関係があります。
基本的に吸収は結合エネルギーに等しい波長の光(E=hν、E:エネルギー、h:プランク常数、ν:光の振動数で波長の逆数に比例)が来たときにおきます。
つまり光と物質の相互作用が最大になるということを意味しています。

一般的な物質のこの結合エネルギーがちょうど光の波長に換算すると200~400nmと可視光よりも短波長側にあるためにそのような傾向になるわけです。
逆に波長がそれよりも短くなっていくと、今度は光のエネルギーが大きすぎて吸収は小さくなっていくので、非常に波長の短いX線は大抵の物質を透過するので、レントゲンに使われているわけです。

実はこの吸収と屈折率は密接なつながりがあります。
クローマース=クローニッヒの関係といい、吸収波長に近づくと屈折率が大きくなっていき、吸収のピーク付近に来ると段々屈折率は1に近くなり、吸収ピークの位置では屈折率は1になります。
現実の物質では複数のエネルギー準位をもっていますので、上記のような単純な形にはならないことが多いのですが、一般的傾向はこれでよく説明できます。

>短波長側に行くほど吸収も強くなるとありますが,なぜなのでしょうか?
これは原子核と電子、原子間の結合エネルギーと関係があります。
基本的に吸収は結合エネルギーに等しい波長の光(E=hν、E:エネルギー、h:プランク常数、ν:光の振動数で波長の逆数に比例)が来たときにおきます。
つまり光と物質の相互作用が最大になるということを意味しています。

一般的な物質のこの結合エネルギーがちょうど光の波長に換算すると200~400nmと可視光よりも短波長側にあるためにそのような傾向にな...続きを読む


人気Q&Aランキング

おすすめ情報