BIOPHYSIK 5. Vorlesung

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Minna Möller
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1 IOPHYSIK 5. Vorlesun Ionisierende und Niht-ionisierende Strahlunen Ala, eta, amma und Röntenstrahlunen sind ionisierend (hoheneretish) Liht, Inrarotes liht, und Radiowellen sind niht ionisierende Strahlunen (niedereneretish) Strahlenoptik, Relexion, rehun, Endoskopie Optishe Aildun, Linsen, Mikroskopie Elektromanetishes Spektrum = km/s 3E0 8 m/s Lihteshwindikeit Lamda Wellenlaene[m] Nü requenz[/s] 3 Eienshaten des Lihtes eradlinie Ausreitun Strahlenoptik (eometrishe Optik) (5. Vorlesun) Wellenharakter Wellenoptik (6. Vorlesun) Teilhenharakter Quantenoptik (7,9 Vorlesun) Enerie ist transportiert Entstehun des Lihtes Temperaturstrahlun (9. Vorlesun) Lumineszenz, Laser (9. Vorlesun) Emissionsspektrometrie (7. Vorlesun) Asorption des Lihtes in Stoen. Lihtstreuun (8. Vorlesun) ioloishe Wirkun des Lihtes (8. Vorlesun) 4

2 Strahlenoptik eradlinie Ausreitun rundleende Ersheinunen: eradlinie Ausreitun Relexion rehun Lohkamera leuhtender eenstand Aild 6 Einallslot Relexion Relexion (kont.) Relexionsesetz erihtete R. diuse R. = Wird ein Lihtstrahl an der renzlähe zwishen zwei homoenen Medien relektiert, so leit der relektierte Strahl in der Einalsseene und der Relexionswinkel () ist enau so ross wie der Einallswinkel (). diuse Relexion as parallele Strahlen leien parallel 7 Relexion diuse Relexion Streuun 8

3 Psyholoie Relexion an einer eenen lähe: Spieel Lihtrehun virtuelles ild d d eenstand relektierter Strahl Vakuum Medium erohener Lihteshwindikeit Strahl M Physik Zu jedem eenstandspunkt it es einen ildpunkt, der um soviel unterhal de relektierenden lähe liet, wie der eenstandspunkt sih oerhal de lähe eindet. ildrösse = eenstandsrösse (V = ) 9 asolute rehzahl: n Ist n >, so heißt Medium optish dihter, als Medium. M 0 n < n zum Lot hin erohen n > n sin sin n n rehunsesetz (Snellius, Desartes) z.. relative rehzahl Material n Vakuum Lut ( atm),0007 Wasser,333 Auenlinse,34 Ethylalkohol,36 Quarzlas,459 lintlas,63 Diamant,47 a n > n n vom Lot we erohen n > Totalrelexion a renzwinkel (s. Reraktometer) > Totalrelexion vom Lot we erohen as. rehzahlen ei 0 C und 589 nm.

4 Ausnutzun die Existenz des renzwinkels: Ae Reraktometer Der Wert des renzwinkels hänt von der rehzahl einer Lösun a. Die rehzahl ist proportional der Konzentration der Lösun. Anwendun: Eiweisskonz. des lutplasmas, speziishe Dihte des Urins, Zukerkonzentration,... ole der Existenz des renzwinkels: der Snellshe Kreis Lut Wasser 3 4 Ausnutzun der Totalrelexion: Lihtleiter eispiele: aettenaue der Insekten aseroptik Inormationsüertraun Endoskopie n > n lasaser 5 6

5 aseroptik in der Medizintehnik Einzelaser zur Üertraun von Laserstrahlun extrem hohe Leistunsdihten können verlustarm transportiert werden Andere Art der Endoskopie Eine Mikrokamera nimmt das ild au. Einzelaser oder uneordnete aseründel nur ür eleuhtunszweke. uneordnete aseründel ür eleuhtunszweke eordnete aseründel ür die ildüertraun (eine Art der Endoskopie) 7 8 Dispersion Die rehzahl n einer Sustanz hänt von der are (Wellenläne) des Lihtstrahls a. (Normale Dispersion liet vor, wenn n ür Rot kleiner ist als ür lau.) Prisma Anwendun der Dispersion: Monohromator Monohromatishes Liht: einaries Liht Anwendun: Lihtanalyse (Spektralanalyse) Monohromator Prisma 400 nm 500 nm 700 nm Spalt 9 0

6 Optishe Aildun rehun an eener lähe n parallele Strahlen leien parallell rehun an ekrümmten lähen Neen eenen lähen können ei esten Materialen nur sphärishe Oerlähen herestellt werden. sin n sin n n < rehun an sphärisher lähe n konvexe renzlähe parallele Strahlen konverente Strahlen (konkave renzlähe parallele Strahlen diverente Strahlen) optishe Aildun? R 3 Mölihkeit der Vereinahun: paraxiale Näherun ahsennahe Strahlen, paraxiale Näherun (auss-optik) wenn <<, dann x x x 3 = x sin t n x x =sin x 3=t Die Strahlenverläue sollen nur ür ahsnahe Strahlen etrahtet werden, deren Neuunswinkel een die optishe Ahse klein ist. ei kleinen Neiunswinkeln (, <<) sind auh Ein- () und Ausallswinkel () an den renzlähen klein, so dass rehunsesetz lautet: Die optishe Ahe ist eine erade durh den Mittelpunkt der sphärishen lähe zw. durh eide Mittelpunkte ei Linsen. sin n sin n 4

7 rehunsesetz ür paraxiale Strahlen: n = n x/s =, x/r =, x/s = x = (R/s), = (R/s ) Vereinahun: n =, = n > z.. Lut und las Linse n > s R s ausserdem ilt: = ++ R R n (+) = (-) n ' s n s n n R Shnittweitenleihun einer lähe mit Krümmunsradius R Herleitun: s. Praktikum 5 Shnittweitenleihunen ( n ) ' s s R R d dünne Linse: d << R und R rehte Seite: konstant linke Seite: konstant es it eine spezielle Weite 6 Linsentypen konvexe Linsen ikonvexe plankonvexe konkavkonvexe Linsen plankonvexe Linse plankonkave Linse ür >n (z.. las in Lut) Sammellinsen ür <n (z.. Lutlinse in Wasser) Zerstreuunslinsen Zerstreuunslinsen Sammellinsen ikonkave plankonkave konvexkonkave Linsen konkave Linsen 7 8

8 konvexe Linse: parallele Strahlen shneiden sih im rennpunkt rennpunkt (okus) Sammellinse s. Akkomodation der Auenlinse spezielle Weite: rennweite rehkrat (D): D (Dioptrie) D m dpt 9 D D ( n ) R ( n ) R R Linsenshleierormel symmetrishe Linse 30 Linsenehler Optishe Aildun durh Linsen randnaher Strahl ahsnaher Strahl randnaher Strahl Spärishe Aerration 3 ausezeihnete Strahlen: aweihende rennpunkte Parallelstrahl Mittelpunktstrahl optishe Ahse Chromatishe Aerration rennpunktstrahl eenstandsweite ildweite 3 3

9 < reelles, verkleinertes, umekehrtes ild < < reelles, verrößertes, umekehrtes ild < virtuelles, verrößertes, aurehtes ild Linsenleihun Verrößerun (V): V 35 36

10 Mikroskop Ojektiv Okular ok ok o o Zwishenild V M V o optishe Tuusläne deutlihe Sehweite (5 m) V ok d a o ok Maximale Verrößerun 500!? s. Wellenoptik raen, emerkunen, Kommentare?

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