Brechungsgesetz und Totalreflektion

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Author:
Highman96
ID:
302499
Filename:
Brechungsgesetz und Totalreflektion
Updated:
2015-05-10 17:12:10
Tags:
LM
Folders:
Labormethodik
Description:
Optik Skript Seite 31 bis 43
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  1. Wann wird Licht gebrochen?
    Licht wird beim übertritt von einem lichtdurchlässigem Stoff in einen anderen lichdurchlässigen Stoff gebrochen.
  2. Was ist die Brechung des Lichts?
    Als Brechung des Lichtes bezeichnet man die Änderung seiner Ausbreitungsrichtung an der Grenze zweier lichtdurchlässiger Stoffe.
  3. Was muss man in Bezug auf das Brechungsgesetz wissen?
    • Wenn Licht von Luft (optisch dünner) in Glas oder Wasser (optisch dichter) übergeht, so wird es an der Grenzfläche zum Lot hin gebrochen.
    • Wenn Licht von Glas oder Wasser (optisch dichter) in Luft (optisch dünner) übergeht, so wird es an der Grenzfläche vom Lot weg gebrochen.
    • Dabei liegen einfallender Strahl, Lot und gebrochener Strahl in einer Ebene.
  4. Wie lautet die Formel für das Brechungsgesetz?
    • (sin a / sin b) = c1 / c2 = n
    • c1, c2 = Lichtgeschwindigkeiten in den Stoffen 1 und 2
    • n = Brechzahl
  5. Welche Brechzahl ergibt sich beim Übergang von Licht in Luft zu Diamant?
    n = 2.42
  6. Welche Brechzahl ergibt sich beim Übergang von Licht in Luft zu Eis?
    n = 1.31
  7. Welche Brechzahl ergibt sich beim Übergang von Licht in Luft zu Glas?
    n = 1.6
  8. Welche Brechzahl ergibt sich beim Übergang von Licht in Luft zu Plexiglas?
    n = 1.49
  9. Welche Brechzahl ergibt sich beim Übergang von Licht in Luft zu Wasser?
    n = 1.3330
  10. Was sagt der Brechungsindex n aus?
    Der Brechungsindex n sagt aus, wie viel Mal langsamer die Lichtgeschwindigkeit im optisch dichteren Medium ist, im Vergleich zum optisch dünneren Medium.
  11. Was ist eine Totalreflektion?
    • Licht tritt von Wasser in Luft über. Wenn der Brechungswinkel β grösser ist als der Einfallswinkel α wird das Licht vom Lot weg gebrochen.
    • Vergrössert man den Einfallswinkel, so wird auch der Brechungswinkel grösser. Wenn der Brechungswinkel grösser als β = 90° ist, wird das gesamte Licht reflektiert und man spricht von einer Totalreflektion.
  12. Was musst du über die Totalreflektion wissen?
    • Den Einfallswinkel, bei dem der Brechungswinkel gerade 90° beträgt, nennt man Grenzwinkel der Totalreflektion.
    • Totalreflektion tritt bei allen Einfallswinkeln auf, die grösser als dieser Grenzwinkel sind.
    • Je unterschiedlicher die optischen Dichten (grosser Unterschied der Lichtgeschwindigkeit, grosser Brechungsidex), desto kleiner der Grenzwinkel.
    • Je kleiner der Grenzwinkel, umso leichter ist es Totalreflexion zu erreichen.
  13. Wo wird die Totalreflexion genutzt?
    Bei verschiedenen Arten von Prismen sowie bei Lichtleitkabeln (Lichtleitern, Glasfaserkabeln, Lichtwellenleitern), die zur Informationsübertragung eingesetzt werden.
  14. Wie Funktioniert ein Regensensor bei neueren Automobielen?
    • ohne Regentropfen tritt 100%ige Totalreflexion auf. Alles Licht kommt beim Empfänger an => der Scheibenwischer bleibt ausgeschaltet.
    • Mit Regentropfen tritt partiell auch Lichtbrechung auf, d.h. das Licht verlässt das Glas und fehlt dann auf der Empfangsdiode. Je mehr Lichtbrechung, umso weniger Licht kommt => der Scheibenwischer schaltet ein.
  15. Welche zwei Arten von Linsen gibt es?
    • Sammellinsen (Konvex-Linsen), diese Linsen sind auf beiden Seiten nach aussen gewölbt () und sammel das Licht zuerst in einem Punkt bevor es wieder auseinander geht.
    • Zerstreuungs-Linsen (Konkav-Linsen), diese Linsen sind auf beiden Seiten nach innen gewölbt )( und streuen das Licht.
  16. Was sind Fresnel-Linsen?
    • Das sind dünne und leichte Linsen, meist aus Kunststoff, welche die gleiche Brechung des Lichtes bewirken wie entsprechend dickere Linsen.
    • Dabei wird die Entdeckung des französischen Physikers Augustin Jean Fresnel genutz, dass entscheidend für die Stärke der Brechung des Lichtes nicht die Dicke der Linse, sondern ihre Krümmung ist.
  17. Warum werden zum Teil Linsen-Systeme anstelle einfacher Linsen verwendet?
    • Mithilfe eines solchen Linsen-Systems können Abbildungsfehler verringert werden.
    • Bei einem Linsen-System ist es möglich, durch Verschieben einer Linse die Brennweite des Linsen-Systems zu verändern. Das wird bei Zoomobjekten für Fotoapparate oder Videokameras genutz.
  18. Wovon ist die Brennweite einer Linse abhängig?
    • Von der Krümmung der Linse.
    • Vom Material, aus dem die Linse besteht.
  19. Welche Regel kann man aus der Abhängigkeit der Brennweite von Krümmung und Material der Linse ableiten?
    • Regel 1: Die Brennweite ist umso kleiner, je grösser die Krümmung einer Linse ist. Dies hat den Grund darin, dass die Lichtbrechung absolut gesehen bei einer stärkeren Krümmung eine grössere Differenz der Winkel ergibt und so die Ablenkung der Lichtstrahlen umso grösser wird.
    • Regel 2: Die Brennweite ist umso kleiner, je grösser die optisch Dichte des Linsen-Materials ist. Dies hat den Grund darin, das die Lichtstrahlen im optisch dichterem Material stärker zum Lot hin gebrochen werden  und so die Ablenkung der Lichtstrahlen umso grösser wird.

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