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1 Testaufgaben bitte zuhause lösen. Richtige Antworten werden im Internet demnächst bekannt gegeben. Bitte kontrollieren Sie Ihre Klausuranmeldung für den unter dueren/

2 Auge Auge = Sammellinse mit veränderlicher Brennweite + lichtempfindlicher Schirm Sammellinse: Brechkraft variabel bis ca. 58 Dioptrien = 1/1.7 cm Reelles Bild entsteht auf Netzhaut (Bild steht auf dem Kopf; Software dreht Bild um) Sehzellen zerlegen Bild in einzelne Pixel: SW-Sehen: Stäbchen: stehen besonders dicht (Sehschärfe) und sind sehr empfindlich (Nachtsehen) Farbensehen: Zäpfchen: (getrennt für rot, grün und blau)

3 Auge

4 Auge Auge = Sammellinse mit veränderlicher Brennweite + lichtempfindlicher Schirm Sammellinse: Brechkraft variabel bis ca. 58 Dioptrien = 1/1.7 cm Reelles Bild entsteht auf Netzhaut (Bild steht auf dem Kopf; Software dreht Bild um) Sehzellen zerlegen Bild in einzelne Pixel: Farbensehen: Zäpfchen: (getrennt für rot, grün und blau) SW-Sehen: Stäbchen: stehen besonders dicht (Sehschärfe) und sind sehr empfindlich (Nachtsehen) Akkomodation = Autofokus : Einstellung der Brennweite so, dass das Bild scharf ist Pupille = variable Blende Adaption = Einstellung der Blende so, dass Netzhaut nicht übersteuert ist. Gleichzeitig ändert sich die Schärfentiefe (Im Dunkeln wirken sich Sehfehler stärker aus) Auflösungsvermögen: ca 1 Winkelminute = 1/60 Grad = 0.3 mm in 1m Abstand

5 Auge: Fehlsichtigkeit Brille gegen Fehlsichtigkeit Alterssichtigkeit: Akkomodationsspielraum verkleinert sich

6 Optische Geräte und Lupe, Mikroskop, Fernrohr: Geräte zur Sichtbarmachung zu kleiner oder zu entfernter Dinge Relevante Größen: deutliche Sehweite s = 25 cm Sehwinkel = Vergrößeru ng = Größe des Objekts Abstand zum Objekt Systeme Sehwinkel mit Gerät Sehwinkel ohne Gerät Konvention Lupe: Erzeugung eines vergrößerten (virtuellen) Bildes (Winkel)-Vergrößerung: V Anwendungen: Immer wenn Dinge im (Sub-)Millimeterbereich angeschaut werden sollen... s f PS: Lateralvergrößerung = Bild-/Gegenstandsgröße (bei Kameras etc,)

7 Gesamtvergrößerung V V Objektiv L f Tubus Objektiv V Mikroskop Okular f s Okular 25 cm Die maximal mögliche Vergrößerung eines Lichtmikroskops wird durch Beugungseffekte limitiert! Alternative: Elektronenmikroskop Objektiv erzeugt ein reelles Zwischenbild Das Auge schaut sich das reelle Zwischenbild mit Lupe an! L Tubus

8 Prismenspektrometer Spektralanalyse: Analyse der Wellenlängen (Farben) die ein bestimmter Stoff aussendet bzw. absorbiert Anwendung: Analyse der Zusammensetzung von Stoffen, Spurenanalyse, Reinheitsprüfung,... Monochromator: Selektion einer einzelnen Wellenlänge (mit Prisma, Farbfilter, opt. Gitter,...)

9 Wellenoptik Licht ist eine elektro- magnetische Welle Es zeigt Interferenz- erscheinungen: Zwei Lichtstrahlen können sich addieren oder auslöschen, je nach Phasenlage: Notwendige Voraussetzung: Kohärenz: Die sich überlagernden Wellenzüge haben eine wohldefinierte Phasenbeziehung zueinander, zumindest über eine bestimmte Länge, die Kohärenzlänge (typisch ca. 3 m, bei Laserlicht wesentlich mehr) Inkohärenz: Licht von zwei verschiedenen Glühlampen interferiert nicht in definierter Weise, da es aus vielen ungeordneten Wellenzügen besteht

10 Interferenzerscheinungen Interferenzfarben: Bei vielen Interferenzerscheinungen treten Farben auf: einige Wellenlängen addieren sich, andere löschen sich aus Farben dünner Schichten Interferenz der an der oberen und unteren Grenzfläche reflektierten Wellen Beispiele: Ölfilm auf Wasser, Glimmerfolien, Körper mancher Insekten, Newton- Ringe bei Glasdias,... Biprisma Das Licht einer Lichtquelle wird mit sich selbst überlagert Interferenzstreifen auf Beobachtungsschirm

11 Interferenz am Gitter Huygenssches Prinzip: Jeder Punkt kann als Ausgangspunkt einer kugelförmigen Elementarwelle betrachtet werden, von der aus Licht in alle Richtungen ausgesendet wird Die Interferenz der Wellen ist nur in bestimmten Richtungen konstruktiv, sonst destruktiv i.e. dunkel. Interferenz- Bedingung: b sinα = λ k 2

12 Interferenz am Gitter Huygenssches Prinzip: Jeder Punkt kann als Ausgangspunkt einer kugelförmigen Elementarwelle betrachtet werden, von der aus Licht in alle Richtungen ausgesendet wird Die Interferenz der Wellen ist nur in bestimmten Richtungen konstruktiv, sonst destruktiv i.e. dunkel. Interferenz- Bedingung: b sinα = λ k 2 Gitterspektrometer: Bestimmung der Wellenlängen durch Messung der Position der 1. Ordnung

13 Beugung am Spalt Huygenssches Prinzip: Jeder Punkt kann als Ausgangspunkt einer kugelförmigen Elementarwelle betrachtet werden, von der aus Licht in alle Richtungen ausgesendet wird Die Interferenz der Wellen ist nur in bestimmten Richtungen konstruktiv, sonst destruktiv i.e. dunkel. Das Beugungsbild ist etwas komplizierter als beim Gitter Licht als Welle: Es wird gebeugt, fliegt quasi um eine Kante herum. Keine geradlinige Ausbreitung!

14 Auflösungsvermögen des Mikroskops An jeder Öffnung wird Licht gebeugt, also auch z.b. an der Objektivlinse des Mikroskops Auflösungsvermögen: Der Abstand δ zweier Punkte, die getrennt werden können liegt bestenfalls in der Größenordnung der Wellenlänge: ~ 0.5 µm (reicht nicht für Viren) δ Apertur: (Öffnungswinkel α des Lichtes, das ins Objektiv fällt) λ nsinα Die maximal mögliche Vergrößerung eines Lichtmikroskops wird durch Beugungseffekte limitiert! Alternative: Elektronenmikroskop = Numerische Apertur Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit

15 Dunkel + Filter = Licht?