18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik. Spektrum elektromagnetischer Wellen Licht. EPI WS 2006/7 Dünnweber/Faessler

Transkript

1 Spektrum elektromagnetischer Wellen Licht

2 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

3 19. Abbildung von Objekten- Geometrische Optik Von einem Gegenstandspunkt P abgestrahlte Lichtstrahlen werden mit einem optischen Gerät (abbildendes System) in einem Bildpkt P vereinigt auf Mattscheibe auffangbar nicht auffangbar

4 Einfache Abbildungen Lochkamera Strahlensatz (Geometrie) ergibt für Abbildungsmaßstab B m = = G H h Strahlenbündel ineffizient, aber invertiertes Kleines Loch begrenztes, scharfes Bild

5 Einfache Abbildungen Spiegel Bei der Reflexion an einem ebenen Spiegel wird der Gegenstand in Originalgröße abgebildet (m=1). Er erscheint als virtuelles Bild hinter dem Spiegel, das Quelle des Lichts zu sein scheint. Einfallswinkel = Ausfallswinkel

6 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: f 2 r α =

7 Brechung und Totalreflexion Trifft ein Lichtstrahl aus einem optisch dünneren Medium (höhere Lichtgeschwindigkeit) auf eine Grenzschicht zu einem optisch dichteren Medium, so wird der Strahl zum Lot hin gebrochen - Snellius sches Brechungsgesetz sin θ1 sin θ 2 = c 1 = c 2 n n 2 1 n = c 1 c1 Brechungsindex

8 Brechung und Totalreflexion n sin α = const. α Wegen kann ein Strahl, der unter einem größeren Winkel als dem Grenzwinkel t gegen eine Grenzschicht läuft, ein dichteres Medium nicht verlassen (Totalreflexion) sin n 1 α t = n 2 > n1 n2 Katzenaugen Endoskopie

9 Dispersion wellenlängenabhängige Brechung In einem Prisma kann weißes Licht in seine spektralen Komponenten zerlegt werden, da n=n(λ) Normale Dispersion n(blau) > n(rot) Brechung an Wassertropfen

10 Subjektive Farb- und Bildwahrnehmung a) Intensität (Menge an Licht, Helligkeitsverteilung) Bildstruktur b) Frequenz (Wellenlänge, Wechselwirkungsenergie des Lichts, Photonenenergie) Farbe [nm] Nachts: `graues Bild (Intensität) Tags: farbiges Bild, im Auge zerlegt in rot, grün, blau

11 Additive Farbmischung - selbstleuchtende Objekte ( Lampen, Farbbildschirm, weiße reflekierende Flächen ) Lampen R Licht verschiedener Wellenlängen wird selbstleuchtend abgestrahlt und im Auge additiv überlagert helleres Bild Bsp: Rot und Grün wahrgenommen ergibt gelb B G Summer ergibt weiß Umkehrung der spektralen Zerlegung Farbkreis (entspricht Spektrum bis auf Magenta)

12 Subtraktive Farbmischung - (selektiv) absorbierende Objekte ( Druckfarben, Tinte, Stoffe ) Substanzen, die verschiedene Farben absorbieren, werden gemischt, subtraktive Überlagerung dunkleres Bild Sichtbar (reflektiert) wird die Komplementärfarbe Komplementäre Grundfarben zur additiven Mischung