Optik Flashcards
Lichtgeschwindigkeit
Lichtgeschwindigkeit c= l\ • f
l\ = Wellenlänge f= Frequenz
Brechungsgesetz
Brechungsgesetz :
sin(alpha):sin(beta) = c1:c2 = n2:n1
c1, c2= Lichgeschwindigkeit in jeweiligen Medium
n2, n1= spezifischer Brechungsindex des Mediums
alpha= Einfallswinkel zum Lot
beta= Brechungswinkem zum Lot
Brechkraft
Brechkraft D= 1:f
f= Brennweite
D= Stärke einer Linse
Einheit: Dioptrie [dpt]
Wellenlänge von für uns sichtbares Licht
Wellenlänge von für uns sichtbares Licht: 370-750nm (1,5% des elektromagnetischen Spektrums)
Lichtstärke
Lichtstärke I, Einheit Candela CD
Beleuchtungsstärke
Beleuchtungsstärke E, Einheit Lux lx
2 Modelle des Lichts
2 Modelle des Lichts:
- Licht = Welle (Brechung & Beugung, Frequenz & Wellenlänge)
- Licht = Teilchen (lichtelektrischer Effekt)
Reflexion
Reflexion: Lichstrahl trifft auf Hindernis, am Aufprallpunkt der Lichtquelle entsteht ein Störungspunkt der Elementarwellen aussendet, diese überlagern sich zu einer neuen Lichtquelle
Reflexion - Gesetz: Einfalls-/Ausfallswinkel
Reflexion - Gesetz: Einfallswinkel = Ausfallswinkel (90° Lichtstrahl wird in sich selber reflektiert)
Brechung
Brechung: Licht wechselt von einem Medium ins andere (kann sich nicht überall gleich schnell fortbewegen)
Licht bricht zum Lot wenn es von einem schnellen in ein langsames Medium über geht & es bricht vom Lot wenn es von langsamen zu schnellem über geht
Lichtleiter
Lichtleiter = Glasfaserkabel
ab gewissem Grenzwinkel kann der Lichtstrahl nicht mehr vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium wechseln und wird total reflektiert
Linsen
Linsen:
konvex = nach außen () gewölbt (Sammellinse)
konkav = nach innen )( gewölbt (Zertstreuungslinse)
Brechkraft
Brechkraft D, Einheit Dioptrie dpt
Kurzsichtigkeit
Kurzsichtigkeit: Lichtstrahlen treffen sich vor Netzhaut -> Zerstreuungslinse
Weitsichtigkeit
Weitsichtigkeit: Lichtstrahlen treffen sich hinter Netzhaut -> Sammellinse
Linsenfehler
Linsenfehler:
sphärische Aberration
chromatische Aberration
Sphärische Aberration
Sphärische Aberration: äußere Strahlen werden zu stark gebrochen, schneiden sich früher als restliche Strahlen, es ergibt sich eine Brennfläche statt einem Brennpunkt (äußeren Rand der Linse abdecken um unscharfes Bild zu vermeiden)
Chromatische Aberration
Chromatische Aberration: weißes Licht besteht aus Spektralfarben, die unterschiedlich stark gebrochen werden; um das auszugleichen benötigt man mehrere Linsen
Spiegel
Spiegel:
- gerade Oberfläche: Einfallswinkel = Ausfallswinkel
- Wölbspiegel: liefern verkleinertes, virtuelles Bild (Glaskugel)
- Hohlspiegel: sammeln alle parallel einfallenden Lichstrahlen in einem Punkt, es entstehen je nach Position unterschiedliche Bilder
Prisma
Prisma: kann Lichstrahlen um 90° oder 180° drehen
Auge: Linsensystem
Auge - Linsensystem:
Hornhaut, Augenflüssigkeit, Linse, Glaskörper
Auge: gelber Fleck
Auge - gelber Fleck: am meisten lichtempfindliche Zellen
Auge: Stäbchen & Zäpfchen
Auge
Stäbchen für Schwarz-Weiß-Sehen
Zäpfchen für Farbsehen
Auge: Blinder Fleck
Blinder Fleck: Sehnerv, wird von 2. Auge & Gehirn ausgeglichen
Auge: Adaption
Auge - Adaption:
Pupillengröße passt sich Lichtverhältnissen an
anderer Mechanismus: Lichtstrahlen auf Netzhaut lösen chemische Veränderung in Lichtzellen aus; sehr hell: mehr Lichtzellen chemisch verändert & dadurch nicht mehr aktiv -> Empfindlichkeit der Netzhaut sinkt; dunkel: mehr und mehr aktive Zellen -> man sieht heller
Akkommodation
Akkommodation: Ziliarmuskel kann scharf stellen
Mikroskop - Linsen
Mikroskop: 2 Sammellinsen
- Okular
- Objektiv
Mikroskop: Okular
Mikroskop - Okular (Sammellinse)
vergrößert das 2. Mal -> 2000-fache Vergrößerung
Mikroskop: Objektiv
Mikroskop- Objektiv:
kleine Brennweite, vergrößert Gegenstand, Auflösungsvermögen hängt von Frequenz des verwendeten Lichtes ab (je größer die Frequenz, desto weniger treten Beugungsscheibchen auf)
Beugung: konstruktive Interferenz
Beugung - konstruktive Interferenz:
Wellen verstärken sich gegenseitig
Beugung: destruktive Interferenz
Beugung - destruktive Interferenz:
Wellen schwächen sich/löschen sich aus
Beugungserscheinungen
Beugungserscheinungen:
Laser geht durch sehr kleinen Spalt mit vielen Störungspunkten, von dort breiten sich neue Elementarwellen in alle Richtungen aus (viele löschen sich aus, viele verstärken sich zu Maxima; nur mit kohärentem Licht - gleiche Wellenlänge, schwingt in einer Ebene, nicht Phasenverschoben)
Kohärentes Licht
Kohärentes Licht: gleiche Wellenlänge, schwingt in einer Ebene, nicht Phasenverschoben)
Laser
Laser: Blitzlampe erzeugt Energieimpuls, der die Elektronen auf höheres Niveau hebt (=pumpen), dann fallen sie auf metastabiles Niveau zurück (=Inversion), wenn erstes Elektron zurück auf normales Energieniveau fällt wird Energie als Photon frei, dieses trifft andere Elektronen und löst stimulierte Emissionen aus
Laser hat auf einer Seite einen normalen, auf der anderen Seite einen halbdurchlässigen Spiegel (lässt ca. 2% der Photonen durch, die alle die gleiche Energie haben = gleiche Farbe, auf einer Ebene liegen & nicht phasenverschoben sind)
Laser: metastabiles Niveau
Laser - Metastabiles Niveau:
Elektronen verweilen bei laserfähigen Materialien etwas länger auf dort existierenden Zwischenniveaus, bevor sie auf ihr eigenes zurückfallen
Laser: stimulierte Emission
Laser - stimulierte Emission: trifft Photon mit passender Energieladung auf bereits angeregtes Elektron, wird dieses auf das niedrigere Niveau gerissen und gibt ein Photon ab
Polarisationsfilter
Polarisationsfilter: lange Kunststoffmoleküle, die eng nebeneinander liegen
Licht= Transversalwelle (schwingt quer zur Ausbreitungsrichtung ~), Polarisationsfilter lassen nur Lichtwellen in einer Schwingungsebene durch (Gitter) -> alle Wellen schwingen in der gleichen Ebene statt wild durcheinander
Verwendung: Konzentration bestimmter Stoffe in Lösung bestimmen
Farbenlehre: weißes Licht
Farbenlehre - weißes Licht:
besteht aus Spektralfarben rot, orange, gelb, grün, blau, indigo, violett
Rot: größte Wellenlänge (wird am wenigsten gebrochen)
Violett: kleinste Wellenlänge (wird am meisten gebrochen)
Farbenlehre: weißes Licht -> Objekt
Weißes Licht -> Objekt:
das Objekt absorbiert bestimmte Teile des Lichts und reflektiert den Rest; je nachdem, was er absorbiert, erscheint er in einer bestimmten Farbe
Farblehre: Additive Farbmischung
Additive Farbmischung:
Rot, grün, blau -> alle Farben
Farblehre: Subtraktive Farbmischung
Subtraktive Farbmischung:
Gelb, Magenta und Zyan schlucken unterschiedliche Farbanteile -> alle Farben
