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Gehirn, Konstruktion des Bildes Nervenimpuls Auge 1Geometrische Optik Prinzip der optischen Wahrnehmung.

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Präsentation zum Thema: "Gehirn, Konstruktion des Bildes Nervenimpuls Auge 1Geometrische Optik Prinzip der optischen Wahrnehmung."—  Präsentation transkript:

1 Gehirn, Konstruktion des Bildes Nervenimpuls Auge 1Geometrische Optik Prinzip der optischen Wahrnehmung

2 I 0 Einstrahlintensität I R REFLEXION Reflektierter Strahl I A ABSORPTION Absorbierter Strahl I T TRANSMISSION Durchgelassener Strahl (Transmittierter Strahl) 2Geometrische Optik Wird ein Objekt beleuchtet, so können sich mehrere Vorgänge abspielen

3 Geometrische Optik3 I 0 Einstrahlintensität I R REFLEXION Reflektierter Strahl I A ABSORPTION Absorbierter Strahl I T TRANSMISSION Durchgelassener Strahl (Transmittierter Strahl) I = I 0 -I R Eindringende Strahlungsintensität I A = I - I T Absorbierte Intensität I T Durchgelassene Intensität (Transmittierter Strahl) Strahlungsweg d In das Material tritt ein die Lambert-Gesetz  [Länge] -1 : Linearer Extinktionskoeffizient d [Länge] : Strahlungsweg (Lichtweg)

4 Geometrische Optik 4 Brechung 4 Das snelliussche Gesetz (Brechungsgesetz)   Medium 1 n 1 Medium 2 n 2 n heisst Brechungsindex und ist eine Stoffkonstante des Mediums. Diese Konstante hängt ab von - der Temperatur und von - der Wellenlänge des Lichtes (später mehr hierzu) C 0 = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum = ~ 3*10 5 Km / s C = Lichtgeschwindigkeit im Medium

5 Geometrische Optik5   Medium 1 n 1 Medium 2 n 2       BRECHUNG  2 < Grenzwinkel der Totalreflexion n 1 * Sin  1 = n 2 * Sin  2  2 = Grenzwinkel der TOTALREFLEXION  1 = 90° n 1 * Sin 90° = n 2 * Sin  2 n 1 = n 2 * Sin  2 TOTALREFLEXION  2 > Grenzwinkel der Totalreflexion  2 =  1 n1 < n2 Man sagt: Medium 1 ist optisch dünn und Medium 2 ist optisch dicht

6 Geometrische Optik6 Trifft Licht aus einem optisch dichten Medium auf ein optisch dünneres Medium, so wird es in das dünnere Medium gebrochen, sofern der Einfallswinkel kleiner als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist. Bei einem Einfallswinkel, der grösser als der Grenzwinkel der Totalreflexion ist, wird der Lichtstrahl in das optisch dichtere Medium reflektiert. Die Grenzfläche wirkt dann wie ein Spiegel. TOTALREFLEXION n 1 = n 2 sin  2 n 1 < n 2 Optisch dünnes Medium Optisch dichtes Medium  2 = Grenzwinkel der Totalreflexion Praktische Bedeutung: Ist mir n 2 bekannt, so muss ich lediglich  2 messen, um n 1 zu bestimmen. Das ist das Messprinzip des Refraktometers

7 Geometrische Optik7 Quelle: Dorn. Bader, Physik, Schroedel, 2006 TOTALREFLEXION

8 Beobachtung: Weisses Licht wird beim Durchgang durch ein Prisma in farbiges Licht aufgespalten. Dieses farbige Licht lässt sich durch eine Linse wieder zu weisses Licht vereinigen. Deutung: Weisses Licht ist zusammengesetzt aus „farbigen Lichtkomponenten“. Je nach Farbe haben diese farbige Lichtkomponenten einen anderen Brechungsindex. Die Abhängigkeit des Brechungsindexes von der Lichtfarbe nennt man Dispersion. 8UV/VIS-Spektroskopie

9 Aus den verschiedensten Experimenten mit Licht hat sich immer mehr die Sicht- weise durchgesetzt, dass man Licht als aus Lichtteilchen (Photonen) bestehend, auffassen kann. Viele Experimente jedoch lassen sich nur verstehen, wenn man dem Licht auch eine Wellennatur zuschreibt. Einstein schloss aus diesem merkwürdigen Verhalten des Lichtes, dass man jedem Photon, welches über einem Impuls p = m v (m = Masse, v= Geschwindigkeit) verfügt, eine Wellenlänge zuordnen sollte. De-Broigle erkannte, dass dieser Welle-Teilchen-Dualismus sich überall im Mikrokosmos manifestiert, also für alle Teilchen gilt. => De Broigle Beziehung (Welle-Teilchen-Dualismus): Teilchen (Photonen) Welle (Lichtquanten) h = 6.63 * J s Planck`sche Konstante 9UV/VIS-Spektroskopie De-Broigle

10 Geometrische Optik10 NATURE | VOL 401 | 14 OCTOBER 1999 |

11 Bei Lichtwellen handelt es sich um elektromagnetische Wellen. Diese Wellen transportieren elektromagnetische Energie in Form eines oszillierenden magnetischen und elektrischen Feldes. => Elektromagnetische Strahlung 11UV/VIS-Spektroskopie

12 Weitere Beziehungen: Frequenz: c = Lichtgeschwindigkeit, [m/s] Ein Lichtquant besitzt die Energie: Wellenzahl: meist in [cm -1 ] angegeben. Vorsicht, immer auf die Einheit achten. Somit ist auch: merke, Hier aber aufgepasst, die Längeneinheiten der Wellenzahl und der Licht- geschwindigkeit müssen übereinstimmen damit sie sich wegkürzen. Ist Beispielweise die Wellenzahl in [cm -1 ] gegeben, so muss die Lichtgeschwindigkeit in den Einheiten [cm/s] eingesetzt werden!!! Umrechnen der Wellenlänge von cm in nm: 12UV/VIS-Spektroskopie

13 Geometrische Optik13 t [s] StartEnde Wellenlänge der grünen Welle: 30 cm = 5* => = 6 cm Ausbreitungsgeschwindigkeit der grünen Welle: In 0.15 s hat die Welle einen weg S = 5*  zurückgelegt Die Geschwindigkeit ist somit: C = = 200 cm/s Frequenz der grünen Welle. Hierunter versteht man die Anzahl Wellenlängen die in einer gewissen Zeit durch einen Punkt gehen. In der Zeit t gehen durch einen Punkt = n Wellenlängen. Die gesuchte Frequenz ist somit: also = s -1 bzw. = s -1

14 Geometrische Optik14 t [s] StartEnde Wellenlänge der roten Welle: 30 cm = 1.25* => = 24 cm Ausbreitungsgeschwindigkeit der roten Welle: In 0.15 s hat die Welle einen weg S = 1.25*  zurückgelegt Die Geschwindigkeit ist somit: C = = 200 cm/s Frequenz der roten Welle. Hierunter versteht man die Anzahl Wellenlängen die in einer gewissen Zeit durch einen Punkt gehen. In der Zeit t gehen durch einen Punkt = n Wellenlängen. Die gesuchte Frequenz ist somit: also = 8.33 s -1 bzw. = 8.33 s -1 

15 Energie Spektrum elektromagnetischer Strahlung 15UV/VIS-Spektroskopie

16 16UV/VIS-Spektroskopie

17  E= E Angeregt -E Grundzustand = h E = h Energie E Angeregt E Grundzustand Absorption 17UV/VIS-Spektroskopie ABSORPTION

18  E= E Angeregt -E Grundzustand = h Energie Emission 18UV/VIS-Spektroskopie E Angeregt E Grundzustand EMISSION E = h

19 Geometrische Optik19 E1E1 E2E2 E5E5 E4E4 E3E3 E6E6


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