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EPI WS 2006/7 EPI WS 2006/7 EPI WS 2006/7 EPI WS 2006/7 DDDDüüüünnweber/Faesslernnweber/Faesslernnweber/Faesslernnweber/Faessler
18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik
Spektrum elektromagnetischer Wellen – Licht
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18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik
Ausbreitung von Licht
Verschiedene Beschreibungen je nach Größe des leuchtenden (oder beleuchteten) Objekts relativ zur Wellenlänge
a) Geometrische Optik: Querdimension >> Wellenlänge
•Wellencharakter des Lichts wird ignoriert(ebene Wellen)
•Lichtausbreitung ist geradlinig und umkehrbar•Lichtstrahlen (Brechung, Abbildungen, …)
b) Wellenoptik: Dimension ~ Wellenlänge
•Beugung, Interferenz•Auflösungsvermögen
c) Quantenoptik: Welle-Teilchen Dualismus, Photonen
•Wechselwirkung mit atomaren Systemen
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18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik
19. Abbildung von Objekten- Geometrische Optik
Von einem Gegenstandspunkt P abgestrahlte Lichtstrahlen werden miteinem optischen Gerät (abbildendes System) in einem Bildpkt P´ vereinigt
auf Mattscheibe auffangbar nicht auffangbar
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18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik
Einfache Abbildungen – Lochkamera
Strahlensatz (Geometrie) ergibt fürAbbildungsmaßstab
h
H
G
Bm ==
Strahlenbündel → ineffizient, aber invertiertes Kleines Loch → begrenztes , scharfes Bild
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18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik
Einfache Abbildungen – Spiegel
Bei der Reflexion an einem ebenen Spiegel wird der Gegenstand inOriginalgröße abgebildet (m=1). Er erscheint als virtuelles Bild hinter dem Spiegel, das Quelle des Lichts zu sein scheint.
Einfallswinkel = Ausfallswinkel
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18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik
Einfache Abbildungen – gekrümmte Spiegel
Reflexion an konvexer Fläche erzeugt ein virtuelles verkleinertes Bild – der Sehwinkel wird verkleinert – Strahlen werden zerstreut
In einem Hohlspiegel (konkav) werden alle achsnahen Strahlen in einem Brennpunkt F gebündelt (Radius r)
Brennweite f:
+=
21
2
2αrf
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18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik
Brechung und Totalreflexion
1
2
2
1
2
1
sin
sin
n
n
c
c ==θθ
Trifft ein Lichtstrahl aus einem optisch dünneren Medium (höhere Licht-geschwindigkeit) auf eine Grenzschicht zu einem optisch dichteren Medium, so wird der Strahl zum Lot hin gebrochen - Snellius’sches Brechungsgesetz
Brechungsindex
11 c
cn =
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18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik
Brechung und Totalreflexion
Wegen kann ein Strahl, der unter einem größeren Winkel als dem Grenzwinkel gegen eine Grenzschicht läuft, ein dichteres Mediumnicht verlassen (Totalreflexion)
tα.sin constn =⋅ α
2
1sinn
nt =α 12 nn >
Endoskopie
Katzenaugen
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18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik
Dispersion – wellenlängenabhängige Brechung
In einem Prisma kann weißes Lichtin seine spektralen Komponenten zerlegt werden, da n=n(λ)
Normale Dispersion n(blau) > n(rot)
Brechung an Wassertropfen
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18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik
Subjektive Farb- und Bildwahrnehmung
400 500 600 700 [nm]
a) Intensität (Menge an Licht, Helligkeitsverteilung) → Bildstrukturb) Frequenz (Wellenlänge, Wechselwirkungsenergie des Lichts,
Photonenenergie) → Farbe
•Nachts: `graues’ Bild (Intensität)
•Tags: farbiges Bild,im Auge zerlegt in rot, grün, blau
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18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik
Additive Farbmischung - selbstleuchtende Objekte
( Lampen, Farbbildschirm, weiße reflekierende Flächen )
Lampen
R
GB
Licht verschiedener Wellenlängen wirdselbstleuchtend abgestrahlt und im Auge additiv überlagert → helleres Bild
Bsp: Rot und Grün wahrgenommen ergibt gelb
Farbkreis(entspricht Spektrum bis auf Magenta)
Summer ergibt weiß – Umkehrung der spektralen Zerlegung
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18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik
Subtraktive Farbmischung - (selektiv) absorbierende Objekte
( Druckfarben, Tinte, Stoffe …)
Substanzen, die verschiedene Farben absorbieren, werden gemischt, subtraktive Überlagerung → dunkleres BildSichtbar (reflektiert) wird die Komplementärfarbe
Komplementäre Grundfarbenzur additiven Mischung
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