Elektromagnetische Wellen in Materie

Im Gegensatz zu mechanischen Wellen können sich elektromagnetische Wellen im Vakuum oder in jedem materiellen Medium ausbreiten.

Betrachten Sie die elektromagnetische Welle, die durch ein dielektrisches Medium fließt. In einem solchen Fall werden die Maxwell-Gleichungen modifiziert.

Im Ampereschen Gesetz wird ε₀ durch ε, die Permittivität des Dielektrikums, ersetzt. Außerdem wird die Vakuumdurchlässigkeit durch die Durchlässigkeit des Mediums ersetzt.

Erinnern wir uns an die Beziehungen zwischen den elektrischen und magnetischen Feldern, die mit dem Faradayschen und dem Ampereschen Gesetz abgeleitet wurden. Da die Geschwindigkeit der Welle in einem Dielektrikum nicht die gleiche ist wie in einem Vakuum, wird die Konstante "c" durch eine reduzierte Geschwindigkeit "v" ersetzt.

Durch den Vergleich dieser beiden Beziehungen kann die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle in einem Dielektrikum ermittelt werden.

Mit Ausnahme von ferromagnetischen Materialien liegt die relative Permeabilität der meisten Dielektrika in der Regel nahe eins, und die Dielektrizitätskonstante ist immer größer als eins. Daher ist die Wellengeschwindigkeit im Vergleich zur Geschwindigkeit im Vakuum immer geringer.

Das Verhältnis der Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle im Vakuum zur Geschwindigkeit in einem Material wird als Brechungsindex des Materials bezeichnet.