Optik - Licht
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Was ist Licht?
In der klassischen Physik wird Licht als der sichtbare Teil des elektromagnetischen Spektrums definiert. So gesehen ist Licht elektromagnetische Strahlung, welche sich wellenförmig ausbreitet. Wir könnten auch sagen, dass Licht aus Wellen besteht. In der Quantenphysik wird davon ausgegangen, dass Licht auch aus Teilchen, den sogenannten Photonen besteht. Egal welchen Ansatz wir anschauen; Licht ist Energie.
Erkläre die Teilchentheorie.
Bei der Teilchentheorie geht man davon aus, dass Licht aus sehr kleinen, schnell fliegenden Masseteilchen besteht.
Erkläre die Wellentheorie.
Bei der Wellentheorie geht man davon aus, dass Licht aus elektromagnetischen Wellen besteht, also aus periodisch schwingenden elektrischen und magnetischen Feldern, die sich offenbar auch im leeren Raum (also auch ohne Medium) ausbreiten können.
Nicht alle Wellen können den leeren Raum überwinden. Schallwellen zum Beispiel brauchen die Luft als Medium, um ihre Energie zu übertragen.
Nenne 4 Techniken welche mit elektromagnetischen Welle funktionieren.
Kurze Welle = mehr Energie = gefährlich oder nicht gefährlich?
Die elektromagnetischen Wellen beginnen bei der hochschädlichen Gammastrahlen im radioaktiven Bereich, gehen über die Röntgenstrahlung und die ultraviolette Strahlung. Anschliessend kommen die infrarote Strahlung, Mikrowellen wie sie in der Küche, für die Mobiltelefonie, kabellose Datenübertragung und für Radar im Einsatz sind. No längere Wellen kennen wir als Radiofrequenzen, welche für Rundfunk und Television genutzt werden.
Je kürzer die Welle, desto mehr Energie = desto gefährlicher ist die Welle.
Je länger die Welle, desto weniger Energie = desto ungefährlicher ist die Welle.
Erkläre «Wellen».
Licht ist Energie, das heisst farblose Energiestrahlung in Form von elektromagnetischen Wellen, welche sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Elektromagnetische Wellen muss man sich als Sinusschwingungen vorstellen (siehe Bild).
Je kleiner die nm-Zahl, desto gefährlicher die Strahlung. Zum Beispiel: Gammastrahlen (0,01nm), Röntgenstrahlen (1nm), UV-Licht (100nm), Infrarot-Strahlung (1mm - 1cm) oder Radiostrahlen (1m - 1km).
«Eine kurze Welle hat mehr Energie und ist deswegen gefährlicher. Eine lange Welle hat weniger Energie und ist deswegen weniger gefährlich.»
Wellen haben drei grundsätzliche Eigenschaften. Die Amplitude beschreibt die Ausrenkung der Welle, also wie hoch sie schwingt. Die Wellenlänge gibt an, wie weit zwei Punkte mit gleicher Ausrenkung auseinander liegen. Ausserdem wird die Welle über ihre Schwingungen definiert. Die Frequenz wird in Hertz angegeben (1Hz = 1 Schwingung pro Sekunde).
Was ist Infrarotes Licht?
Infrarotes Licht können wir als Wärmestrahlung über die Haut wahrnehmen. Wärmebildkameras machen infrarote Strahlung sichtbar. Eine Infrarotkamera liefert auch bei Dunkelheit ein erkennbares Bild.
Anwendungsgebiete für infrarote Strahlung:
Was ist ultraviolettes Licht?
Auch das ultraviolette Licht können wir mit unseren Augen nicht sehen. Im Gegensatz zum infraroten Licht haben wir auch kein anderes Sinnesorgan um ultraviolettes Licht wahrzunehmen.
Anwendungen für UV-Licht:
UV-Strahlung spüren oder sehen wir nicht! Nur die Folgen von zu starker UV-Strahlung spüren wir. Wir bekommen einen Sonnenbrand oder werden «Schneeblind». Daher ist es wichtig, dass UV-Trocknungseinheiten gut abgeschirmt sind, um schleichende Verbrennungen der Haut zu vermeiden.
Gibt es weisses Licht?
Nenne die drei Arten von Lichtbündeln.
Erkläre die «diffuse Reflexion» (auch «Remission» genannt).
Trifft Licht auf einen Körper, so wird ein Teil des Lichts wieder von ihm zurückgeworfen, also reflektiert. Ist die Oberfläche des Körpers rau (Wand, Papier), erscheint sie aus allen Betrachtungrichtungen gleich hell. Die Reflexion an matten Oberflächen bezeichnet man als diffuse Reflexion, sie wird auch Remission genannt.
Erkläre die «gerichtete Reflexion».
Trifft ein Lichtbündel auf sehr glatte Oberflächen (polierte, feste Körper oder nicht bewegte Flüssigkeitsoberflächen), wird es wieder als Lichtbündel reflektiert. In diesem Fall handelt es sich um eine gerichtete Reflexion.
Wie heissen die Einheiten der Lichtstärke?
Die Lichtstärke wird in Candela angegeben. Der Lichtstrom wird in Lumen angegeben und die Beleuchtungsstärke wird in Lux angegeben.
Die Lichtstärke (Strahlungsintensität) einer Quelle wird in Candela (cd) gemessen. 1 Candela entspricht der Leuchtkraft einer Haushaltskerze. Wird die Strahlungsintensität auf einen bestimmten Abstrahlwinkel beschränkt so wird die Lichtstärke durch den Winkel geteilt und es entsteht die abgeleitete Grösse Lumen (lm) für die Lichtmenge.
Die Intensität der Lichtstrahlung nimmt mit zunehmender Entfernung zur Lichtquelle ab, da sich die gleiche Lichtmenge auf eine grössere Fläche verteilt. Genauer: die Beleuchtungsstärke (Einheit Lux, Ix) verringert sich proportional zum Quadrat der Entfernung.
Wie viele Kelvin hat Tageslicht?
5500 Kelvin.
-> warmweisses Licht hat eine tiefere Farbtemperatur und kaltweisses Licht hat eine höhere Farbtemperatur.
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