光が気体やガラスを通過する時、遅くなる速度は比重と関係があるのでしょうか？

質問

直感的にそう感じるのですが
光速×通過する媒質の比重・・・一定
全くの素人なもので、学校とか専門分野とかでは何か説明されているのでしょうか？

回答No.2

sanori · ベストアンサー

こんにちは。

＞＞＞学校とか専門分野とかでは何か説明されているのでしょうか？

屈折率をｎ、比透磁率をμ、比誘電率をε　と置いたとき、
ｎ　＝　√（με）
です。
つまり、屈折率の式に比重は登場しません。

物質の比重との定性的な関係はあるのかもしれませんが、
そういう話は聞いたことがありません。

しかし、気体については、同一種類の気体分子からなる気体を圧縮したり膨張させたりして比重が変わったときには、質問者様の予想は当っていると思います。

屈折率というのは、実は、物質中を光が透過するときに、光と電子との相互作用によって「電子群が光の位相を余計に進める度合い」を示すものです。
位相が余計に進むことのつじつま合わせとして、結果的に、「光が遅くなるように見える」のです。
つまり、光と電子の相互作用が多ければ多いほど、屈折率は高くなるはずであり、相互作用は電子の密度が高いほど「頻繁」になるはずです。
ですから、同一種の気体については、密度（比重）との比例関係が予想されます。

お礼

私の研究に非常に役立ちました。
有難うございます。

補足

私の研究が最も必要としていた情報でしたので僭越ながらポイントをつけさしていただきました。
悪しからず・・・

回答No.5

sanori

＃２の回答者です。

大事なことを忘れていました。

それは、真空の透磁率や誘電率はゼロではない、つまり、真空の屈折率はゼロではないということです。
（真空の屈折率は、０ではなく１です）

したがって、屈折率と密度（比重）との比例関係は、絶対に成り立たないはずです。

ただし、気体ならば、比例ではないものの一次関数的な関係があることが予想されます。

お礼

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回答No.4

ojisan7

>>光が気体やガラスを通過する時、遅くなる速度は比重と関係あるか

大いに関係あります。誘電体中の光速は、光の屈折率と関係があります。また、光の屈折率は誘電体の誘電率の平方根に比例します。誘電率は、誘電体の分極によって決定されます。誘電体の分極は誘電体を構成する分子の数密度（簡単に言えば比重ということでしょうか）が大きくなるほど、大きくなる傾向にあります。

>>光速×通過する媒質の比重・・・一定

それほど簡単ではないですが、媒質中の光速と比重の関係は、Lorentz-Lorenzの公式より、容易に導くことができます。この辺は質問者さんへの宿題としておきましょう。

お礼

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悪しからず・・・

回答No.3

astra0641

固体の屈折率は、第1近似では原子の分極とつながっています。原子の分極は（特に光の波長では）原子に含まれる電子に由来しており、電子の多い原子ほど分極率が高い傾向があります。
電子の数の多い原子は原子番号の大きい原子であり、一般に密度の高い物が多くなります。
というわけで、傾向としては重たいものは屈折率が高くなる傾向は生じます。たとえば、クリスタルガラスは、屈折率を上げるために（かつては）鉛を多量に含んでいました。また、有機物でも屈折率を高くする設計として臭素のように炭素より重たい原子をいれることが行われています。
が、例外は山ほどあります。
光速×通過する媒質の比重・・・一定
は残念ながら成立していません。

お礼

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回答No.1

Kamo-Kamo-Kamo

媒質中の高速は
　　真空中の光速／媒質の屈折率
になりますので、
　　媒質の屈折率が比重に比例していれば
直感は成り立つことになります。

同じ種類の気体で同じ温度で圧力により比重を変えた場合は直感にあいそうですが、違う種類の物質で比較するとばらつきが大きくなると思います。

学問的には物理ですが、化学の分野で使われることが多い話だと思います。

参考URL：

http://oshiete1.goo.ne.jp/qa45427.html

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