Physik für Pharmazeuten
Werbung
Physik für Pharmazeuten Physik für Pharmazeuten OPTIK Geometrische Optik Wellen – Beugung, Interferenz optische Instrumente Optikk • • geometrische Optik geometrische Optik Wellengleichungen (Maxwellgleichungen) beschreiben "alles" Evolution exakt berechenbar aber sinnlos hoher Rechenaufwand Strahlenoptik St hl tik Voraussetzungen: keine Welleneffekte wenn Durchmesser D eines Lichtbündels >>λ keine Welleneffekte, wenn Durchmesser D eines Lichtbündels >>λ • in optisch homogenen Medien sind Lichtstrahlen Gerade • an Grenzfläche Reflektion oder Brechungg n1 sinα1 = n2 sinα 2 • Reflektion: Brechung: α =β n1 n2 2 Optikk Abbildungen reelles Bild kann auf Schirm beobachtet werden virtuelles Bild nur durch 2. abbildendes System auf Schirm beobachtbar virtuelles Bild nur durch 2. abbildendes System auf Schirm beobachtbar • Reflektion: ebener Spiegel Ebener Spiegel erzeugt ein Eb S i l t i virtuelles, unverzerrtes Bild 3 Optikk Reflektion gekrümmter Spiegel: gekrümmter Spiegel: Hohlspiegel erzeugt reelles Bild für g>f g...Gegenstandsweite Gegenstandsweite 1 1 2 1 + ≈ = b...Bildweite g b R f R...Radius der Spiegelkrümmung f Brennweite (Strahlen, die parallel zu Achse des Spiegels einfallen f...Brennweite (Strahlen die parallel zu Achse des Spiegels einfallen schneiden einander im Brennpunkt F). Vergrößerung ε Sehwinkel ohne Instrument AP A′P ′ = gb v= ε0 = Sehwinkel mit Instrument 4 Optikk andere Spiegel andere Spiegel • virtuelle virtuelle Abbildung an Abbildung an sph. Hohlspiegel OA'<OF OA OF • konvexe sphärische Spiegel konvexe sphärische Spiegel Bild immer virtuell • Parabolspiegel b l l f unabhängig von h 5 Optikk Einsatz von Parabolspiegeln in der Astronomie in der Astronomie • Radioteleskop Effelsberg (R=100m) Röntgenteleskop Chandra www.chandra.harvard.edu 6 Optikk Brechung • Prisma: Strahlablenkung durch Brechung Prisma: Strahlablenkung durch Brechung δ = α 1 − β1 + α 2 − β 2 mit γ = β1 + β2 δ = α1 + α 2 − γ δ min = 2α − γ mit Brechungsgesetz sin δ 2+γ = sinα = n sin β = n sin γ2 Brechungsindex hängt von Wellenlänge ab ! Wellenlänge ab ! 7 Optikk B h Brechung n1<n2 Brechung B h n1>n2 Totalreflexion T t l fl i n1>n2 • Totalreflexion b beim Übergang vom optisch dünneren ins optisch dichtere Medium i Üb ti h dü i ti h di ht M di n sin90° n2 für α > Grenzwinkel αT = sinαT = 2 n1 n1 in Umlenk‐, Reflektionsprismen, Polarisatoren,... Regenbogen 8 Optikk Prisma spaltet Licht in seine Komponenten auf Regenbogen 9 Optikk dünne Linsen dünne Linsen Prismenstapel bündelt Licht s e s ape bü de c Linse • Linsen • "Linsenschleiferformel" ⎛ 1 1 ⎞ 1 1 1 + = ( n − 1) ⎜ − ⎟ = g b ⎝ R1 R2 ⎠ f Vergrößerung: v = −b g definiere Dioptrie "Brechkraft" D = 1 f Linsensysteme: Linsensysteme: z.B.: 2 Linsen Abstand d für d<<fi addieren sich Kehrwerte der Brennweiten Kehrwerte der Brennweiten t Brechkräfte addieren sich g = f + xg , b = f + x b xg x b = f 2 10 Optikk Linsentypen Konkavlinse, virtuelle Abb. bikonvex plankonvex meniskusk k konkav • Linsenfehler Kugelform einfach herzustellen, optimal nur für achsennahe Strahlen – Aberration Astigmatismus: Krümmung in vertikaler/ A ti ti Kü i tik l / horizontaler Richtung nicht gleich Chromatischer Fehler: n(λ) ⇒ f (λ) Abbildung wellenlängenabhängig. bikonkav plankonkav 11 Optikk Polarisation Licht: Licht: Welle mit definierter Schwingungsrichtung Welle mit definierter Schwingungsrichtung wenn Medium nicht homogen und isotrop ist, ist Brechungsindex von Raumrichtung abhängig n n Typ ⇒ unterschiedlicher Brechungsindex für unterschiedliche Schwingungsrichtung – Medium ist "doppelbrechend" M di i "d lb h d" o ao Kalkspat 1.658 1.486 negativ Quarz 1.544 1.533 positiv Huygensche Wellen des außerordentlichen Strahls (e) werden zu Ellipsen verformt ‐ Ablenkung unpolarisierter Strahl in Kalkspat 12 Optikk • optische Aktivität (Zucker) optische Aktivität (Zucker) unterschiedlicher Brechungsindex für zirkular polarisierte Wellen auf Grund von Molekülen mit Helizität (Zucker!) lineare Polarisation wird gedreht – Messung der Zuckerkonzentration der Zuckerkonzentration z.B.: Nicolsches B Ni l h Prisma Pi • Manipulation der Polarisation Polarisationsfilter: Polarisationsfilter: "Drahtgitter" Drahtgitter – orientierte Molekülketten (Polaroidfilter) Doppelbrechende Kristalle – nutze unterschiedliche Ablenkung t hi dli h Abl k Drehung der Polarisation mit doppelbrechenden Kristallen. • Anwendungen: Messmethoden, LCD‐Schirm (orientierte Moleküle drehen Polarisation des Lichts – oder nicht) 13 Optikk Anhang 14
