Redigerer Lysbrytning (avsnitt)

==Fysisk forklaring==

Lys består av [[elektromagnetisk bølge|elektromagnetiske bølger]] som inneholder [[svingning]]er i det [[elektrisk felt|elektriske feltet]].<ref name = ERGO>N.P. Callin, C.W. Tellefsen, S. Haagensen, J. Pålsgård og  R. Stadsnes, ERGO ''Fysikk'' 2, Aschehoug, Oslo (2008). ISBN 978-8-2033-3720-8.</ref> Disse bølgene vil i utgangspunktet alltid bevege seg med samme hastighet som er [[lyshastigheten]] ''c''<sub>&thinsp;0</sub> i [[vakuum]]. Men når en slik bølge går gjennom et materiale, vil det elektriske feltet påvirke bevegelsen til [[elektron]]ene i materialets [[atom]]er. Dette medfører at atomene sender ut nye, elektromagnetiske bølger i forskjellige retninger, men med uforandret [[frekvens]]. De som går i samme retning som den innfallende retningen, vil [[interferens|interferere]] med denne. Resultatetet blir at den opprinnelige bølgen vil bevege seg med en litt forandret hastighet i materialet. Denne kan skrives som {{nowrap|''c'' {{=}} ''c''<sub>&thinsp;0</sub>/''n''&thinsp;}} som definerer [[brytningsindeks]]en ''n''.

Hastigheten ''c'' til lyset er forbundet med dets [[frekvens]] ''&nu;'' og [[bølgelengde]] ''&lambda;'' ved ligningen ''c'' = ''&nu;&lambda;''. Da frekvensen til lyset forblir uforandret når det går inn i et materielt stoff, vil bølgelengden der bli mindre på samme måte som dets hastighet. Hvis {{nowrap|''&lambda;''<sub>&thinsp;0</sub> {{=}} ''c''<sub>&thinsp;0</sub>/''&nu;''&thinsp;}} er bølgelengden i vakuum, vil den være {{nowrap|''&lambda;'' {{=}} ''&lambda;''<sub>&thinsp;0</sub>/''n''&thinsp;}} i mediet.<ref name = Hecht> E. Hecht, ''Optics'', Addison-Wesley, Reading, Massachusetts (1998). ISBN 0-201-30425-2.</ref> 

Den samme koblingen av lyset til atomene i materialet, får disse til å sende ut lys i andre retninger. Ved [[interferens]] mellom disse forskjellige bølgene vil det i tillegg til den brudne strålen, også oppstå en konsentrert stråle i den retningen av tilsvarer [[refleksjon]] av det innkommende lyset. Hvor mye som blir brudt og hvor mye av lyset som blir reflektert, er gitt ved [[Fresnels formler]].<ref name = JW> F. A. Jenkins and H. E. White, ''Fundamentals of Optics'', McGraw-Hill Book Company, New York (1957).</ref>

===Snells lov===
[[Fil:Lysbrytning.jpg|thumb|300px|Bølgefronten AB fortsetter som DC i optisk tettere medium og derfor med kortere bølgelengde.]]
Man kan utlede Snells lov ved å betrakte en lysstråle som treffer den plane grenseflaten mellom to stoff med forskjellige brytningsindekser ''n''<sub>1</sub> og ''n''<sub>2</sub>. En del av den innkommende bølgefronten med innfallsvinkel ''&theta;''<sub>1</sub> kan representeres ved linjen AB.  Man kan fritt anta at den er en bølgetopp. Fra punkt A utgår en nye bølgefront inn i det nye mediet med brytningsvinkel ''&theta;''<sub>2</sub>. Etter en viss antall ''m'' [[periode (fysikk)|perioder]] har bølgetoppen i punktet B nådd grenseflaten i punktet C. Linjen BC har da en lengde som er ''m&lambda;''<sub>1</sub>. Fra punktet C begynner det så å gå ut nye bølgetopper i mediet representert ved fronten DC. Men i det samme tidsrommet som bølgetoppen i B beveget seg til C, har bølgetoppen i A beveget seg til punktet D hvor strekningen {{nowrap|AD {{=}} ''m&lambda;''<sub>2</sub>}}. Fra de to rettvinklete [[trekant]]ene ABC og ADC med felles [[hypotenus]] AC følger det så at

: <math> {\sin\theta_1\over\sin\theta_2} = {\text{BC}\over\text{AD}} = {\lambda_1\over\lambda_2} = {n_2\over n_1} </math>

som er innholdet av [[Snells lov]]. Denne utledningen er en enkel utgave av [[Huygens-Fresnels prinsipp]] som gjelder for mer generell utbredelse av en bølge.<ref name = RPF-1> R.P. Feynman, [https://www.feynmanlectures.caltech.edu/I_31.html ''The Origin of the Refractive Index''], Lectures on Physics, Vol. I, Chap. 31, Addison-Wesley, New York (1964). </ref>

I stedet for å betrakte hvordan bølgefrontene beveger seg, kan man også forklare lysbrytning ved å beskrive bevegelsen til en lysstråle. Ved bruk av [[Fermats prinsipp]] vil den følge den veien mellom to punkt som tar kortest tid. Ved å ta hensyn til at hastigheten til lyset er forskjellig i de to medier, resulterer også dette prinsippet i samme brytningslov.<ref name = JW/>

===Dispersjon===

Brytningsindeksen kan beregnes ut fra kjennskap til hvordan atomene sender ut lys når de blir truffet av en innkommende bølge. Dette uttrykkes ved materialets [[dielektrisk materiale#Molekylær polarisabilitet|molekylære polarisabilitet]] som kan beregnes ved bruk av [[kvantemekanikk]] i [[atomfysikk]]en. Man finner da at denne koblingen med materialet avhenger av lysets [[bølgelengde]]. Dermed vil også brytningsindeksen få en tilsvarende avhengighet som kalles optisk [[dispersjon (optikk)|dispersjon]]. Vanligvis vil den øke med avtagende bølgelengde. Derfor vil lys med kortere bølgelengde som <b style="color:#660066">fiolett</b> eller <b style="color:#330099">indigo</b> brytes mer enn lys med lengre bølgelengde som <b style="color:#CC6600">orange</b> eller <b style="color:#CC0000">rødt</b>. Dette kan observeres i en [[regnbue]] eller et [[prisme (optikk)|optisk prisme]].<ref name = Hecht/>