Elektromagnetische Wellen werden gebrochen, wenn sie schräg auf eine Grenzfläche zwischen Materialien mit verschiedenen Brechungsindizes auftreffen. Durch die unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit ändert sich dabei die Wellenlänge.

Die Richtungsänderung hängt vom Winkel ab, unter dem die Wellen auf die Grenzfläche auftreffen. Mathematisch wird die Richtungsänderung durch das Snelliussche Brechungsgesetz (Willebrord Snellius, 1618) beschrieben. Bei senkrechtem Einfallswinkel findet keine Richtungsänderung statt. Neben der Brechung findet immer auch eine partielle Reflexion statt. Die entsprechenden Intensitäten werden durch die Fresnelschen Formeln beschrieben. Fallen die Wellen beim Übergang aus einem optisch dichteren Medium (beispielsweise Wasser) in ein optisch dünneres (beispielsweise Luft) hinreichend flach ein, so werden sie nicht mehr gebrochen, sondern total reflektiert.

Die Brechung verleiht Linsen und Prismen bestimmte optischen Merkmalen. Sie ist ferner verantwortlich für die Entstehung von farbigen Wetterphänomenen wie Regenbögen oder Halos.

Optisch anisotrope Materialien können doppelbrechend sein, das heißt ein Lichtstrahl teilt sich in ihnen in zwei Strahlen auf, die unterschiedlich stark gebrochen werden.

Bei Wellen in dem Wasser verringert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit mit der abnehmenden Wassertiefe in Strandnähe. Darum ändert sich die Richtung von Meereswellen so, dass sie ungefähr senkrecht auf den Strand auflaufen.

Bei Erdbeben lässt der Verlauf der Bebenwellen in dem Erdinneren auf die Brechung beispielsweise in dem Erdmantel schließen - und damit auf Änderungen von Dichte und Elastizität seiner Gesteine. Die Analyse der Laufzeit von "elastischen Wellen" wird in der Geophysik auch für die Exploration von Erdöl und anderen Lagerstätten eingesetzt.

• Während Brechung (engl. Refraction) die Richtungsänderung einer Welle durch veränderte Geschwindigkeit ist,
• bedeutet Beugung (engl. Diffraction) die Ablenkung an einem Hindernis (Spalt, Gitter, Linsenrand, Fangspiegel usw).

Der Unterschied beider Begriffe wird am Beispiel von Linsenoptiken deutlich. Bei Linsenfernrohren haben Brechung und Beugung folgende Auswirkungen:

• Mittels Brechungsgesetz kann man den Strahlengang durch Objektiv und Okular exakt berechnen. Aber die Geometrische Optik sagt nichts über die Auflösung des Fernrohrs (Trennschärfe bei kleinen Winkeln).
• Ãœber letztere entscheidet die Beugung. Die Linsenränder verursachen Lichtablenkungen und Interferenzen, die bei großen Objektiven (also großen Blendenweiten) schwächer sind und weniger Bildinformationen verloren gehen lassen. Das Auflösungsvermögen hängt daher von der Apertur und kaum von der Vergrößerung ab.

Siehe auch: Beugung, Fernrohr, Optik, Spiegelteleskop; Angewandte Geophysik, Snelliussches Brechungsgesetz, Brewsterwinkel

• Mineralienatlas Lichtbrechung (http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Lichtbrechung)