¿Por qué el agua tiene un índice de refracción bajo pero una constante dieléctrica muy alta?

[math] n = \ sqrt {\ epsilon_r} [/ math] funciona. Es solo que la “constante” dieléctrica no es realmente una constante. Para menos de 1 kHz, la “constante” dieléctrica del agua es de alrededor de 86. Pero para la luz visible (600 THz, 500 nm), el agua tiene una “constante” dieléctrica de 1.77, que le da un índice de refracción de 1.33.

La razón por la cual la “constante” dieléctrica no es constante es porque es producto de la polarización del material. La polarización es la capacidad de un material para polarizarse. Piense en un imán que se fortalece, excepto que en lugar de un imán, estamos hablando de fuerzas eléctricas. Mientras más mecanismos de polarización, mayor es la “constante” dieléctrica. Existen cuatro mecanismos principales de polarización. Son polarización electrónica, polarización iónica, polarización de orientación y polarización de interfaz.

Cada uno de los mecanismos de polarización solo funciona hasta una determinada frecuencia, por lo que a frecuencias más altas, hay menos mecanismos de polarización activos en cualquier material. Eso es lo que sucede en el agua a la frecuencia de la luz. El agua pierde su mecanismo de polarización de orientación con luz. A continuación se muestra un cuadro que demuestra cómo la polarización y, por lo tanto, la “constante” dieléctrica cambian con la frecuencia.

http://www.physics.usyd.edu.au/~…

Polarización

la constante dieléctrica para el agua es 86 para el campo eléctrico constante y ese valor disminuye mucho con la frecuencia que sube [1].

Además, el índice de refracción no es la raíz cuadrada de la constante dieléctrica, es el siguiente

[matemáticas] n = \ sqrt {\ epsilon_r \ mu_r} [/ matemáticas]

Donde [math] \ epsilon_r [/ math] y [math] \ mu_r [/ math] son ​​la permitividad relativa (constante dieléctrica) y la permeabilidad relativa de una sustancia (que en nuestro caso es agua).

Notas al pie

[1] Permisividad relativa – Wikipedia