VL14: Licht

VL14: Licht

1. Optik

Optik (Adj. optisch)

  • Physikalisches Teilgebiet

  • Lehre vom Licht

  • behandelt die Entstehung, Ausbreitung und Wandlung von Licht

Begriffe (z.B.) • Lichtstrom: Φv in Lumen (lm) oder Watt (W) • Beleuchtungsstärke: Ev in Lux (lx) oder Watt pro Quadratmeter (W/m^2)

2. Licht

  • Licht entsteht durch thermatische, chemische oder elektromagnetische Prozesse

  • Licht breitet sich aus als eletromagnetische Wellen mit:

     - Wellenlangen von 380-780nm 

 - Frequenzen 789 THz -384 Thz

  • Licht breitet sich in physikalischen medien und im vakuum aus:

      - kugelformig von der quelle

  - auf geradem Weg (vgl. Strahlenoptik)

  • Lichtstrahlen durchdringen einander, ohne sich dabei gegenseitg zu beeinflussen

3. Elektromagnetische Welle

  • Immer als Transversal- bzw. Schubwelle in allen Medien (Luôn là sóng ngang hoặc sóng biến dạng trong mọi môi trường)

+elektrisches und magnetisches Feld um 90 versetzt

+dynamisches Auf/Abbau, dynamische Ausbreitung

⇒ **** wichtig fur KL

  • Die Polarisation (phân cực) gibt die Richtung des elektrischen bzw. magnetischen Feldes (từ trường) an. Bei unpolarisiertem Licht setzt sich das Strahlungsfeld (trường bức xạ) aus Wellen alller Polarisationsrichtugnen zusammen

4. Welle/ teichen-dualismus

  • unser bestimmten Bedingungen ist es vorteilhalf licht nicht als welle sondern als Teichen (Photonen) zu beschreiben → licht kann in teilchen (proton) zu beschreiben

5. Optische Ubertragungskette

Lichtereignis (quelle) ————→ (licht) Auge (senke)

  • Licht kann durch verschiedene physikalische medien wwandern. Bei jedem Medienubergang verandern sich die Eigenschaten des Lichts

Lichtereignis (quelle) ———→ (licht) Physikalisches Medium: Luft, Wasser, Glas—————> (licht) Auge (senke)

  • Licht kann von physikalischen Medien reflektiert werden

Lichtmedien

  • Vakuum: Sonnenlicht auf dem Weg zur Erde

  • Gase: Luft der Erde

  • Flüssigkeiten: Nebel, Regen, unter Wasser

  • Festkörper: Fensterscheibe, Brille, Linsen

Lichtgeschwindigkeit

Wellenlange und Frequenz:

  • Licht ist der fur das menschliche AUge sichtbare teil des elektromagnetischen Spektrums

  • Die angrenzenden Bereiche werden haufig ebenfalls als licht bezeichnet:

-Infrarotstrahlugn: Wellenlange grosser als 780 nm bis max ca. 1mm

-Ultraviolettstrahlung: Wellenlange kleiner als 380nm bis max ca. 10nm

  • Monochromaitsches Licht (Ánh sáng đơn sắc) besteht aus genau einer harmonischen elektromagnetischen Welle mit konstanter Wellenlange

  • Monochromatisches Licht wird farbig wahrgenommen. Die wahrgenommene farbe ist adhangig von der Wellenlanger und heisst Spektralfarbe

  • Perfekt monochromatisches Licht ist ein theoretisches Ideal, das nicht realisiert werden kann

  • Ein mass fur die annaherung an dieses Ideal ist die Kohärenzlänge, sie gibt an über welche Entfernung (distance) Licht in Wellenlänge und Phasenlage (vị trí pha) konstant bleibt.

  • Weisses Licht ist die Mischung aller spektralfarben und somit die Mischung von unendlich viele harmonischen elektromagnetishen Wellen mit unterschiedlichen Wellenlangen

  • Die Mischungen verschiedener Frequenzbereiche werden als unterschiedliche Fartone wahrgenommen

Reflexion, Absortion, Transmission (Phản xạ, hấp thụ, truyền dẫn)

Trifft Licht mit der Beleuchtungsstärke Ev auf ein anderes Material, so wird ein Teil ρ reflektiert, ein Teil δ wandert in das Material und wird aufgenommen, ein dritter Teil τ wird durch das Material durchgeleitet.

→ Es gilt: ρ + α = 1 Lichtreflexionsgrad/Lichtremissionsgrad ρ Lichtabsorptionsgrad α

(Lichtabsorptionsgrad α: α = τ + δ ist ein Maß für die verlorengegangene Beleuchtungsstärke. Lichttransmissionsgrad τ Lichtdissipationsgrad δ)

  • Materie ( vật chất) absorbiert die Energie (Belechutungsstarke) des Lichts

  • Je nach chemischen und physikalischen Aufbau der Materie wird nur Licht von bestimmten Wellenlangen absorbiert, der Rest wird reflektiert/remittert (phản xạ/phát ra) (vgl. Farbpigmente: sắc tố màu)

  • EIn teil des absorbieten Energie (beleuchtungsstarke) wird transmittert (vgl. Buntglas)

Subtraktive Farbmischung

  • Ausgehend von weissem licht werden durch absortion farbanteile entfernt

  • absorption entsteht z.b durch farbpigmente

  • farbmischung nach dem Tuschkastenprinzip (mix 3 farben yellow, rot, blau) ⇒ CMYK

  • Einsatz z.B beim druck und malen

  • Grundfarben der subtraktive farbmischung

-Cyan: enthalt grunes und blaues Licht

-Magenta: rotes und blaues Licht

-Gelb: rotes und grunes lciht

Cyan und gelb sind spektralfarben, magenta ist keine spektralfarbe

Additive Farbmischung

  • Ausgehend von farbigem (mononchromatischen) Licht werden durch uberlagerung farbanteile addiert ⇒ licht das man im bildschrim sieht

  • eine uberlagerung aller farbanteile ergibt weisses licht

  • farbmischung nach dem Scheinwerferprinzip (monitorprinzip)

  • primarfarben der additiven Farbmsichung: Rot, Grun, Blau

  • Das Auge hat nur drei farbrezeptoren (R,G,B) und kann deshalb nur einen sehr kleinen Ausschnitt aller physikalisch moglichen Farben sehen

Grundfarben/ Spektralfarben

  • Cyan und Gelb sind Spektralfarben, sie existieren als monochromatisches Licht

  • Magenta ist keine spektralfarben und existiert nur als mischung zweier monochromatischer farben

Huygenssches Prinzip

  • Jeder Punkt einer Wellfront kann als Ausgangspunkt einer neuen sog. Elementewelle betrachtet werden

  • Mỗi điểm trên một mặt sóng (ví dụ: mặt nước, ánh sáng, âm thanh) đều có thể coi như một nguồn phát sóng nhỏ mới. Những sóng nhỏ này lan tỏa ra xung quanh và khi chúng giao nhau, chúng tạo nên mặt sóng mới

  • die ursprungliche wellenfront ergibt sich durch uberlagerung samtlicher elementarwellen (sự chồng chất của tất cả các sóng cơ bản)

  • Elementarwellen haben eine Kugel-bzw.Kreisform

  • Aus dem huygenschen Prinzip lassen sich Beugung, Reflexion, Brechung sehr gut beschreiben

Einfache Erklärung:

  • Stell dir vor, eine Welle breitet sich auf einem Teich aus.

  • Jeder Punkt auf der Wellenfront (also der Linie der Welle) funktioniert wie eine Mini-Wellenquelle.

  • Diese Mini-Wellen übelappen und bilden zusammen die neue wellenfront

beispiel: Licht durch ein Loch (Beugung): Wenn Licht durch ein kleines Loch fällt, breitet es sich nicht nur geradeaus aus, sondern auch in andere Richtungen, weil das Loch wie eine Mini-Wellenquelle wirkt.

beugung (sự nhiễu xạ)

  • beugung findet statt, wenn die wellenlange des lichts eine ahnliche grosseordnung hat, wie die dimension der korper um die sie beugen (vgl. Akustik)

  • Die Größenordnung der im Rahmen der Medientechnik genutzten Objekte wie Leuchten, Linsen, Kamera, Projektor (Zentimeter bis Meter) ist deutlich größer ist als die Wellenlänge des Lichtes (wenige Nanometer).

  • Somit kann in diesen Fällen die Beugung vernachlässigt werden. Licht bewegt sich ausschließlich als Strahlen auf geradem Wege (vgl. Strahlenoptik).

  • Diffuses Licht entsteht durch diffuse Reflexion oder Brechung an z.B. rauen Oberflächen oder Milchglas.