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。

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A 回答 (11件中11~11件)

回答でなくてすみませんが、そもそも光速は温度変化によって変わるのですか?


音速ならわかりますが、光速は一定と思ってました・・・(下記のURL参照)

参考URL:http://www.viste.com/PhysicalConstant/

この回答への補足

変わるようです。屈折率は光の速度の関数ですが、空気中の光の屈折率が変わることは、たとえば路面に起こる揺らぎなどでよく見ている現象かと思います。

補足日時:2001/02/27 18:07
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>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
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>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、
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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。

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> 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

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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

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>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


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