an luftschichten
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Vorlesung Physik für Pharmazeuten PPh - 10 Optik 02.07.2007 Wiederholung : Strom und Magnetismus d (BA) =− dt N ⋅I B = µ0 ⋅ l Uind Ampère'sche Gesetz Faraday'sche Induktionsgesetz v v v FL = Q ⋅ (v × B ) Lorentzkraft Elektrischer Schwingkreis ω= 1 L ⋅C Eigenfrequenz T = 2π L ⋅ C C 2 L 2 U + I = const 2 2 Energieerhaltung Erzeugung ungedämpfter Schwingungen Energiezufuhr durch Schalter Meißnersche Rückkopplungsschaltung zur Erzeugung von ungedämpften Schwingungen Der Verschiebestrom (*) Beim Laden und Entladen eines Kondensators fließt ein Strom der nach dem Ampereschen Gesetz ein ringförmiges Magnetfeld (Wirbelfeld) hervorruft. Maxwell geniale Idee war, das magnetische Wirbelfeld nicht an den Kondensatorplatten enden zu lassen, sondern anzunehmen, dass auch das zwischen den Platten zeitlich veränderte elektrische Feld ein magnetisches Wirbelfeld verursacht. Der Hertzsche Dipol Der Hertzér Original Aufbau Höchste Frequenzen lassen sich bei kleinsten Werten von L und C erzielen. Reduktion des Schwingkreises zum Stab -> Hertz’scher Dipol Versuch Dipolstrahlung Das Strahlungsfeld des Hertz`schen Dipols Elektromagnetische Wellen Polarisation Ein senkrecht zum Sendedipol ausgerichteter Empfangsdipol nimmt keine Strahlungsenergie auf. Die Strahlung ist polarisiert. Polarisationsrichtung des Lichts Orientierung des Polarisators. E B ϕ Die Transmission der EM Welle hängt vom Polarisationswinkel ϕ ab. el. Feldvektor Intensität: ET = E 0 ⋅ cos(ϕ ) IT = I0 ⋅ cos (ϕ ) 2 Mikrowellen-Polarisatoren Spektrum elektromagnetischer Wellen: Der Brechungsindex v v E = E0 sin (2π x λ − 2π ν ⋅ t ) ν: Frequenz λ: Wellenlänge c: Lichtgeschw. c0 = λ ⋅ν Für die Ausbreitung einer EM Welle in Materie gilt : c= 1 ε rε 0 µ r µ0 c0 c= n = c0 ε r µr λ= = c0 n λ0 n In der Regel gilt n>1und man spricht von einem „optisch dichteren Medium“ Optische Brechung Optik - Brechung und Totalreflexion: Versuch Totalreflexion Totalreflexion an Luftschichten : Fata Morgana Die erdnahe Luft ist stärker erwärmt und hat einen kleineren Brechungsindex. n Wellenlängenabhängige Brechung (Dispersion) Wellenlänge Normale Dispersion: Blaues Licht (kürzere Wellenlänge) wird stärker gebrochen als rotes Licht (lange Wellenlänge) Versuch : Brechung am Prisma Der Regenbogen Brechung und Reflexion an Wassertröpfchen (Descartes) Brechung an gekrümmten Flächen: Linsen Abbildung mit (Sammel)Linsen : Abbildung mit (Sammel)Linsen : Versuch Linsen Abbildung mit mehreren Linsen : Brechung an gekrümmten Flächen: Linsen Fehlsichtigkeit und ihre Korrektur mit Brillengläsern: Optik des Auges: Optische Instrumente : die Lupe Sehwinkel mit Instr. = Vergrößerung : V = Sehwinkel ohne Instr. Sehwinkel ohne Instr. G ε0 = s0 εI ε0 VLupe Sehwinkel mit Lupe s0 = f G εL = f Anwendungen: Mikroskop Der Begriff Vergrößerung wird oft falsch verwendet! Macht die Angabe 400x Sinn? Rote Blutkörperchen haben einen Durchmesser von ca. 10 µm. Abbildungsmaßstab angeben ! Optisches Mikroskop Objektiv Okular Konfokale Fluoreszenzmikroskopie Licht als Welle Polarisation (transversale Welle) Interferenz (Überlagerung von Wellen) Beugung (Huygenssches Prinzip) Optische Aktivität Viele organische Substanzen (z.B. Zucker, Stärke, Weinsäure etc.) drehen die Polarisationsebene von linear polarisierten Licht. drehen. (Pasteur,1843) Der Drehwinkel, α, bei Durchgang durch eine Schichtdicke, l, ist gegeben durch: α = αS ⋅c ⋅l αs: spezifischer Drehwinkel c: Konzentration, l: Probenlänge Biologische Relevanz von Stereoisomerie Rechts/Links Natrium-Ammoniumtartrat Links- und rechtsdrehende Aminosäuren Enantiomere: Moleküle die sich zueinander wie Spiegelbilder verhalten Wirkung von Thalidomid (Contergan) Doppelbrechung In anisotropen Kristallen kann die Lichtgeschwindigkeit von der Ausbreitungsrichtung abhängen. Der Brechungsindex hängt von der Polarisation ab. In optisch einachsigen Kristallen gibt es eine ausgezeichnete Richtung, die optische Achse. Senkrecht zur optischen Achse polarisiertes Licht breitet sich mit anderer Geschwindigkeit aus (no), als parallel polarisiertes Licht (nao). Optische Achse ordentlicher Strahl: Polarisation senkrecht zum Hauptschnitt Hauptschnitt: Ebene, die die optische Achse enthält außerordentlicher Strahl: Polarisation im Hauptschnitt Versuch Doppelbrechung am Kalkspat Polarisation durch Reflexion - Brewsterwinkel Licht, das in der Einfallsebene polarisiert ist, wird dann nicht reflektiert, wenn zwischen transmittiertem und reflektiertem Strahl ein Winkel von 90 Grad besteht. “Dipole strahlen nicht in ihre Orientierungsrichtung”. Den entsprechenden Einfallswinkel nennt man Brewsterwinkel. Die Bedingung α B + β B = 90 n1 αB 90-α B 90-β B βB n2 sin(αB ) = n ⋅ sin(β B ) sin(αB ) = n ⋅ sin(α B − 90) sin(αB ) = n ⋅ cos(α B ) n2 tan(α B ) = n1 αB : Brewsterwinkel Glas n=1.5 und αB = 56° Interferenz Interferenzen gleicher Neigung Interferenzen gleicher Dicke nf ( ) 2n f d cos ϑ f = m + ∆2πϕ ⋅ λ Bedingung für konstruktive Interferenz Newton'sche Ringe
