Nur weil das Material keine Ströme im makroskopischen Maßstab leitet, heißt das nicht, dass es überhaupt keine beweglichen Ladungen enthält. Tatsächlich enthält ein solches Material, wie der Name „Dielektrikum“ schon sagt, Ladungen, die bis zu einem gewissen Grad getrennt werden können - Elektronen bewegen sich ein wenig zur einen oder anderen Seite, verabschieden sich nie von ihrem Elternatom, erzeugen aber dennoch ein signifikantes Feld.
Wenn Licht auf ein solches Material trifft, neigen die Elektronen dazu, synchron mit der einfallenden EM-Welle zu schwingen. Dies erzeugt ein sekundäres elektromagnetisches Feld mit der gleichen Frequenz, das sich zum ursprünglichen Feld addiert, ähnlich wie es die größeren Ströme unter der Oberfläche eines Leiters tun. Anders als bei einem Leiter sind die Elektronen nicht frei beweglich, so dass dieses Feld die ankommende Welle nicht vollständig aufheben kann, aber es passiert auch nicht völlig ungehindert:
- Ein Teil der Energie, die die Sekundärwelle zurückgibt, ist nicht in die ursprüngliche Ausbreitungsrichtung gerichtet, sondern rückwärts: Ein Teil des Lichts wird reflektiert . (Dies passiert auch für Leiter fast perfekt, weshalb Metalle glänzend sind.)
- Die Sekundärwelle ist nicht vollständig mit der eingehenden Welle synchronisiert, weist jedoch im Allgemeinen eine gewisse Phasenverzögerung auf (wie beim Schütteln eines Pendels). Infolgedessen sieht die Welle „verzögert“ aus, als ob sie einen längeren Weg durch das Material zurückgelegt hätte als tatsächlich - von außen betrachtet bedeutet dies, dass die Wellenlänge trotz konstanter Frequenz verkürzt wird. Da die Wellenfront jedoch immer noch überall synchron sein muss, erhalten Sie Brechung .
Beide Effekte sind bei klarem Glas sehr bemerkenswert: Ein Teil des Lichts wird reflektiert, anstatt durchzugehen, und das durchgelassene Licht wird gebrochen. Beachten Sie, dass bei einer Glasscheibe die Brechung nicht viel bewirkt, sondern nur die Richtung ein wenig ändert, wenn das Licht eintritt, und dann wieder zum Original zurückkehrt, wenn es austritt. Aber für Materialien, die nicht so homogen sind, wie Styropor, erhalten Sie nicht nur eine Reflexion und Brechung, sondern viele, viele mikroskopische Oberflächen, die alle in verschiedene Richtungen ausgerichtet sind. Selbst wenn jede Mikrooberfläche den größten Teil des Lichts durchlässt, gelingt es ihr nicht, sehr weit in das Material einzudringen, sondern sie wird vollständig gestreut „reflektiert“. Und genau das passiert bei allen Materialien, die weiß aussehen. Die meisten von ihnen sind immer noch etwas transparent, aber wenn die Komponenten ausreichend fein und brechend sind, wird es nicht weiter als ein paar Mikrometer kommen.
Bei Materialien, die farbig oder sogar schwarz aussehen, passiert zusätzlich noch etwas anderes: Die vibrierenden Elektronen nehmen tatsächlich einen Teil der Energie der ankommenden Welle weg und übertragen sie überhaupt nicht mit dieser Frequenz erneut, sondern „konvertieren“ ”Auf andere Energieformen - normalerweise entweder niederfrequentes Licht ( Fluoreszenz ) oder ladungsneutrale Gitterschwingungen (die sich als Wärme manifestieren). Es ist problematisch zu erklären, wie diese Umwandlung ohne Quantenmechanik funktioniert, aber Sie können sie sich grundsätzlich als gedämpfte Schwingung vorstellen - die Schwingung weist „Reibung“ auf. Oft geschieht dies aufgrund molekularer Resonanzen nur in einem bestimmten Frequenzband auf einem signifikanten Niveau. So entsteht dann color , weil unterschiedliche Lichtfrequenzen auf unterschiedliche Anteile gedämpft werden.