18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik ... · Abbildung von Objekten- Geometrische Optik Von einem Gegenstandspunkt P abgestrahlte Lichtstrahlen werden mit einem optischen

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18.Elektromagnetische Wellen 19.Geometrische Optik

Spektrum elektromagnetischer Wellen – Licht



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



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



Einfache Abbildungen – Lochkamera

Strahlensatz (Geometrie) ergibt fürAbbildungsmaßstab

h

H

G

Bm ==

Strahlenbündel → ineffizient, aber invertiertes Kleines Loch → begrenztes , scharfes Bild



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



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



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 =



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



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



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



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



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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