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Anmeldung im VIS-Online!!!. Bitte melden Sie sich unbedingt bis 15.Dezember im VIS-Online für diese Lehrveranstaltung an. Eine Schlussprüfung ist nur nach erfolgter Anmeldung für die Lehrveranstaltung möglich. Anmeldungen in vorhergehenden Jahren können die heurige Anmeldung nicht ersetzen.

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anmeldung im vis online
Anmeldung im VIS-Online!!!

Bitte melden Sie sich unbedingt bis 15.Dezember im VIS-Online für diese Lehrveranstaltung an.

Eine Schlussprüfung ist nur nach erfolgter Anmeldung für die Lehrveranstaltung möglich.

Anmeldungen in vorhergehenden Jahren können die heurige Anmeldung nicht ersetzen.

einleitung
Einleitung

Die Thematik dieser Vorlesung - Licht, Sehen und Farbe - umfasst eine Vielzahl von Phänomenen, für welche spezifische Erklärungs- und Beschreibungsmodelle vorgestellt werden. Leider gibt es keine übergeordnete Disziplin, von der aus der gesamte Stoff unter einem einheitlichen Gesichtspunkt betrachtet werden kann. Hier treten uns auch heute noch die grössten naturwissenschaftlichen und philosophischen Rätsel entgegen und eine endgültige Lösung dieser Fragen zeichnet sich nicht einmal ansatzweise ab. Trotzdem wissen wir schon viel Brauchbares und mit dem Aufkommen des Computers hat der ganze Themenkomplex an praktischer Relevanz stark gewonnen. Für den Lernenden ergibt sich aus der Inhomogenität des Fachgebietes der Vorteil, dass er den Stoff in kleinen, voneinander relativ unabhängigen Portionen aufgeteilt bewältigen kann.

es ist komplizierter als man normalerweise glaubt
Es ist komplizierter als man normalerweise glaubt

Wir sehen nur bedingt etwas, das wir auch mit anderen Mitteln nachweisen können.

Betrachten Sie einige Zeit das schwarze Kreuz!

der farbreiz licht
Der Farbreiz Licht

Uns interessiert hier im Wesentlichen die Auslösung eines Farberlebnisses durch Licht, welches auf das Auge fällt.

Gleichwohl sollten wir uns klar machen, dass man Farberlebnisse auch durch mechanische (Schlag auf das Auge), elektrische (Strom im Bereich des Auges), physiologische (Blutüberschuss im Kopfbereich) und als Drogen wirkende chemische Einflüsse induzieren kann.

[Siehe Jonnes Müller]

Verweis auf Johannes Müller: Spezifische Sinnesempfindungen und die

Dissertation Gabriele Schmid.(Notizenfeld)

johannes m ller 1801 1858
Johannes Müller (1801 - 1858)

Johannes Müller gehört zum physiologischen Neukantianismus. Er ist der Begründer der Lehre von den spezifischen Sinnesempfindungen, nach welcher jeder Sinnesnerv in apriorischer, ange-borener Weise auf jeden Reiz immer mit seiner ureigenen Empfindungsqualität reagiert, woraus die vollständige Subjektivität der Sinnesqualitäten (Farbe, Ton usw.) folgt. Diese Theorie der spezifischen Sinnesempfindungen wurde von Helmholtz und Wundt weiter entwickelt.

tabelle der sinne
Tabelle der Sinne

Literatur:

Karl R. Gegenfurter: Gehirn & Wahrnehmung, 128 Seiten, 2003. Broschürt,

Fischer Taschenbuch Verlag, ISBN 3-596-15564-9

nicht ad quate sinnesreizungen
Nicht adäquate Sinnesreizungen

Alessandro Volta (1745- 1827)

1792 hat Volta als erster die Wirkung der von Galvani entdeckten "tierischen„ Elektrizität auf menschliche Sinnesorgane untersucht. Als er dabei auf einen Augapfel ein Stanniolblatt legte und in den Mund eine Silbermünze oder -löffel nahm, löste die Berührung beider Metalle eine Lichterscheinung aus (durch den galvanischen Strom im Auge).

Seit 1790 berichtet Volta auch über durch Strom hervorgerufene Sinneswahrnehmungen beim Schmecken und Hören.

sterne sehen swr4 rheinland pfalz
Sterne sehen(SWR4 Rheinland-Pfalz )

Inernet: „Was eine echte Comicfigur sein will, muss schon einiges zu bieten haben. Zum Standardrepertoire gehören die kreisenden Sterne über dem Kopf, falls ihr etwas gewaltsam über den Schädel gezogen wird. Die Fähigkeit, Sterne über dem Kopf schwirren zu lassen, hat Berufskollegen wie beispielsweise Miezekatze Silvester, Donald Duck und Lupo zu wahren Comic-Helden bei Jung und Alt avancieren lassen.

Aber wie sieht es eigentlich in der Wirklichkeit aus? Etwa, wenn ein Mensch einen Schlag auf den Kopf bekommt. Sieht er dann auch Sterne? Tatsächlich kann so ein Schlag zumindest Lichtblitze auslösen, die dann vom Betroffenen oft als "Sterne" beschrieben werden. Denn die Sensoren unserer Netzhaut, die eigentlich für das Sehen zuständig sind, sind so empfindlich, dass sie nicht nur auf Lichtreize reagieren können, sondern auch auf Druckschwankungen. Diese Druckschwankungen werden in der Regel von der Gehirnflüssigkeit, dem so genannten "Liquor" abgefangen. Doch wenn der Schlag zu stark ist, kann es durchaus zu Empfindungen wie Lichtblitze, oder - wenn Sie eben möchten - auch zu den "Sternen" kommen. “

sehen ohne usseren reiz
Sehen ohne äusseren Reiz

Optische Halluzinationen sind Erlebnisse mit Lichtern, Farben, Blitzen, Gestalten, Figuren, Szenen usw.

Beängstigend sind die schnell wechselnden Abläufe im Delirium (Alkohol, Rauschdrogen, sonstige Schadstoffe, krankhafte Einflüsse). Hier handelt es sich meist um Käfer, Würmer, Spinnen, Mäuse oder sonstiges Ungeziefer, das sich auf den Kranken bedrohlich zubewegt.

slide10
KOKS

DerStandard: 24. November 2005..."Diese verdammten Viecher." Charly kratz wie wild über seine Handrücken. "Da unter der Haut, siehst sie nicht? Die treiben mich zum Wahnsinn." In Letzterem hat der junge Mann mit der speckigen Baseballkappe tragischerweise Recht, er leidet unter Dermatozoenwahn. Wie viele exzessive Kokainkonsu-menten bildet sich Charly ein, dass sich Insekten und Würmer in seinem Körper eingenistet haben.

literatur dazu
Literatur dazu:

Dietmar Czycholl:

Die Phantastischen Gesichtserscheinungen

Vom Sehen bei geschlossenen Augen und seiner Erforschung.

2003, 154 Seiten, dt.

vwb-verlag

ISBN 3-86135-250-8

unm glichkeit von farbvorstellungen bei geburtsblinden

Geburtsblinde haben überhaupt keine Farbvorstellungen.

Genau so können wir uns nicht vorstellen, wie die Farben

den Bienen im UV-Bereich erscheinen.

Unmöglichkeit von Farbvorstellungen bei Geburtsblinden

Gemälde einer erblindeten Malerin (Farbempfindung bei Späterblindeten)

nichtspezifische sinnesempfindungen
Nichtspezifische Sinnesempfindungen

(1) Assoziationen: Geruch eines Weihnachtsgebäcks löst Melodie

eines Weihnachtsliedes aus.

(2) Synästhesie: z.B. Hörerlebnis löst ein Farberlebnis aus,

das Denken an eine Zahl löst ein Farberlebnis aus,

Geschmackserlebnis löst eine Tastempfindung aus

(die Sauce schmeckt spitzig).

Nicht so deutlich, dafür aber sehr häufig:

Die Temperaturwirkung der Farben. ./.

Literatur dazu:

Farben hören, Töne schmecken, Die bizarre Welt der Sinne

von Richard E. Cytowic von BYBLOS VERLAG (Taschenbuch – 1995)

http://www.sensequence.de/proj/projde.html

farb geschmacks synaesthesie
Farb-Geschmacks-Synaesthesie

Die Weinfarbe löst beim Kenner Geschmacksempfindungen aus.

Er ist dann erstaunt, wenn er den Wein - mit verbundenen Augen

verkostet – nicht mehr erkennt.

geh r farben synaesthesie
Gehör-Farben-Synaesthesie

PM-Magazin 10.10. 06

Grün entspannt nicht nur die Seele, sondern dämpft auch den Geräuschpegel. Um unsere Ohren und Nerven zu schonen, könnten grün eingefärbte Züge, Schlagbohrer oder Bürogeräte schon bald zum Alltag gehören. Forschungen der TU München haben ergeben, dass Farben die Lautstärkewahrnehmung stark beeinflussen. Autor(in): Wolfgang C. Goede

die temperaturwirkung der farben
Die Temperaturwirkung der Farben

Gefühl von Kälte

Gefühl von Wärme

Synaesthesie: Ein Sinnesorgan löst nicht-sinnesspezifische Wahrnehmungen aus.

gute beleuchtung beim essen
Gute Beleuchtung beim Essen

Van Gogh:

Die Kartoffelesser

Zwar weniger gemütlich, aber das Essen schmeckt bei guter Beleuchtung wesentlich besser,

weil die Farben geschmacklich mitwirken.

das wort farbe
Das Wort „Farbe“

wird für viele grundverschiedene Begriffe verwendet.

Sie denken bei dieser Vorlesung vielleicht nicht an:

Farbiger Amerikaner, Farbe bekennen, im Gesicht die Farbe verlieren, farbige Erlebnisse, Farbe des Parteibuches, ...

Wir verwenden den Begriff Farbe in zwei Bedeutungen:

1.) Farbempfindung (exakt: Farbvalenz) – ein psychologischer Begriff

2.) Gekaufte Farbe (exakt: Farbmittel) – ein chemisch-physikalischer

Materialbegriff

farbe im bewusstsein und farbe in der tube
Farbe im Bewusstsein und Farbe in der Tube

Akustisches Analogon:

Geräuschempfindung und Geräuschquelle

dementsprechend zwei verschiedene farbmischungen
Dementsprechend zwei verschiedene Farbmischungen

additiv

multiplikativ

Empfindungsmischung

Materialmischung

demokrit nach diogenes laertius fr hes 3 jh v ch nicht der diogenes im fass
DEMOKRITnach Diogenes Laertius frühes 3. Jh. v. Ch.(nicht der Diogenes im Fass)

Diogenes Laertius schrieb eine bedeutende Geschichte der Philosophie und kannte die Lehre des Demokrit:

„Die Wahrnehmung der Farbe beruht in Wirklichkeit auf einer Täuschung: Den Atomen haben keine Farbe, wir erkennen nur einen subjektiven Farbeindruck aufgrund der Gestalt und Lage der Atome. Die weisse Farbe wird durch glatte Atome, die schwarze durch rauhe hervorgerufen.“

Hier bahnt sich auch eine Auffassung der Farbe als Material an.

Aber auch die Farbe als Korpuskelstrahlung wird von Demokrit angenommen.

Wir wissen durch die 10 Bücher dieses Diogenes sehr viel über die frühe griechische Philo-sophie. Aber über ihn selbst wissen wir praktisch nichts.

Diogenes Laertius: Lives of Eminent Philosophers, Volume 2, Books 6-10 (Loeb Classical Library) Format: Hardcover - 10th printing/1st pub.1925 Pub. Date: November 19

epikur 341 270 v ch der lachende philosoph
Epikur 341-270 v.Ch.der lachende Philosoph

Epikur im zweiten Buche gegen Theophrast leugnet, daß Farben den Körpern innewohnen, und behauptet vielmehr, sie entständen durch gewisse Stellungen und Lagen der Körper gegen das Gesicht; und auf diese Weise könne ein Körper ebenso wenig farblos sein als Farbe haben. „Auch davon abgesehen, weiß ich nicht, wie man sagen könne, dass Körper in der Finsternis auch Farbe hätten.“

Hier bahnt sich also an, dass Farbe ein Bewusstseinsinhalt ist.

anmeldung im vis online1
Anmeldung im VIS-Online!!!

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johann wolfgang von goethe 1749 1832
Johann Wolfgang von Goethe (1749-1832)

Goethe meinte eigentlich die Farb-empfindung (mit Netzhautzuständen verbunden), vermischte aber seinen Farbbegriff immer wieder mit physika-lischen Irrtümern (wobei er über Newton polemisiert).

Goethe betrachtete seine Farbenlehre als seine bedeutendste Schöpfung.

Er stiftete aber im Wesentlichen nur den Nährboden für dilettantische

Pseudofarbwissenschaften.

Wenn heute sich jemand im Zusammenhang mit Farben auf Goethe beruft, so sollte er mit ganz besonderer Skepsis betrachtet werden.

farbvalenz farbmittel
Farbvalenz – Farbmittel

Farbvalenz

Dieses Wort wird in der Farbwissenschaft verwendet, wenn man sicherstellen will, dass eine Farbempfindung gemeint ist.

Farbmittel

Dieses Wort wird in der Farbwissenschaft verwendet, wenn man sicher stellen will, dass nicht eine Farbempfindung, sondern ein farbiges Medium (Material)

(Malfarbe) gemeint ist.

farbkoordinaten und spektren

Farbwürfel

Farbkarte einer Farben-Firma

Reflexionsspektrum eines Stoffes

Farbkoordinaten und Spektren

Farbvalenzen (also Gefühle) werden mit dreidimensionalen Koordinaten beschrieben.

Farbmittel (also Materialien) werden durch Absorptions- beziehungsweise Transmissions-Spektren

beschrieben. Ebenso werden Materialproben verwendet, um Farbmittel vorzuzeigen.

farbkoordinaten f r farbempfindungen
Farbkoordinatenfür Farbempfindungen

Hier werden Farbempfindungen durch den Bildschirm induziert

angeboten und gezeigt, wie sie durch einen passenden Bildschirm-Farb-Reiz

erzeugt werden können.

farbkarten farbatlanten f r farbmittel
Farbkarten + Farbatlantenfür Farbmittel

Die Art des Matrerials (oder die Erzeugerfirma) muss dabei festliegen

pantone
Pantone

Farbatlas für industrielle Farbkennzeichnung

farbempfindung subjektiv oder objektiv

Für mich bekannt

Für mich grundsätzlich unbekannt

Farbempfindung subjektiv oder objektiv?

Wie empfinde ich, wie empfindet der andere?

Also: Es gibt keine Objektivierung der Farbempfindung

die farbe im bewusstsein und in der reaktion
Die Farbe im Bewusstsein und in der Reaktion

1.Man kann in das Bewusstsein eines anderen Individuums grundsätzlich nicht eindringen. Selbst die Beobachtung neuronaler Vorgänge sagt über das Bewusstsein nichts aus.

2.Vom Bewusstsein zu unterscheiden sind die Reaktionen eines Individuums. Das Individuum kann zwar lügen, aber wenig oder mehr trickreiche Versuche können zeigen, ob das Individuum dabei z.B. bei zwei Strahlungsarten gleiche oder unterschiedliche Reaktionen zeigt.

wie sieht hans das rote quadrat
Wie sieht Hans das rote Quadrat?

so ?

so ?

Die Anderen werden es nie wissen.

aber unterschiede k nnen erfragt werden
Aber Unterschiede können erfragt werden

Wir können Hans befragen, ob er einen Unterschied erkennt.

die farbmetrik
Die Farbmetrik

(Umgangssprachlich und falsch: Messung der Farbempfindung)

!

Die Farbmetrik beschäftigt sich nicht mit Farbempfindungen,

sondern mit den Reaktionen des Individuums auf Farbreize!

schwierigkeit bei unterscheidung durch namen im abendland

Antike:

„chloros“

„luridus"

etymologisch„Glut“

Heute ?

Schwierigkeit bei Unterscheidung durch Namenim Abendland

Wer nicht mit Worten unterscheidet, dem dürften auch die Bewusstseinsinhalte wenig

Unterschiede bieten.

violett in der spektrometrie im druck und in der umgangssprache
Violett in der Spektrometrie, im Druck und in der Umgangssprache

In der Spektrometrie wird die kurzwelligste Strahlung, welche noch sichtbar ist, als Violett bezeichnet.

Im Farbdruck wird dasjenige Blau, welches gerade die ersten Zeichen einer Rotbeimischung zeigt, als Violett bezeichnet.

Im Internet findet man bei der Bild-Such nach „Violett“, fasst nur ein dunk-leres Rosa.

Spektrometrie

Druck

Pop-Sprache

die farbe magenta fuchsia
Die Farbe Magenta = Fuchsia

Die Farbnamen Fuchsia und Magenta wurden in der Vergangenheit selten gebraucht und daher wurde diese Far-be mit den Namen Pink, Lila, Violett, Rosa bezeichnet.

blau in japan
Blau in Japan

„aoi“ : herkömmlich keine Unterschiede bei den dargestellten Far-ben.

Die moderne japanische Kultur aber unterschei-det diese Farben.

"siro" : weiss, "kuro" : schwarz,

"ao" : blau, "aka" : rot,

"ki" : gelb, "cha" : braun,

"midori„ : grün,

"momo" : rosa, "murasaki" : magenta

unterscheidungsf higkeiten bez glich wahrnehmung und sprache sind kulturbedingt
Unterscheidungsfähigkeiten bezüglich Wahrnehmung und Sprache sind kulturbedingt

Graupenschlag

Pulver

Nassschnee

Pressschnee

Matsch

Papp

Marmor

Firn

Harsch

Sulz

Schwimmschnee

sind weiss und schwarz farben
Sind Weiss und Schwarz Farben?

Newton identifizierte „Weissheit'' mit Helligkeit. Helmholtz (1860) untersucht die Hellig-keit getrennt von den Farbwahrnehmungen; er betrachtet auch Schwarz als eine Empfindung (und nicht als die Abwesenheit einer Empfindung).

Heute sind für uns ohne Frage auch Weiss und Schwarz Farben.

was ist licht
Was ist Licht?

Man kann zwar das Verhalten von Licht immer besser mathematisch beschreiben,

aber seine Natur wird immer rätselhafter.

?

Beim Armin Assinger würde ich die Antwort

„Licht ist elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen zwischen 380 und 780 nm.“

wählen.

farbiges licht
Farbiges Licht

Als elektromagnetische Strahlung hat Licht objektiv keine Farbe.

Während ich ein rotes Kleid sehe (weil Licht

eines bestimmten Wellenlängengemisches auf

mein Auge trifft), kann ein Rotgrün-Farbenblinder

das Kleid kaum vom Hintergrund unterscheiden.

Das liebe Rindvieh (auch der gefürchtete Stier)

hingegen sieht überhaupt nur hell-dunkel und

kann überhaupt keine Farben differenzieren!!!

Es ist aber trotzdem sinnvoll und praktisch, das

Wellenlängengemisch, welches vom Kleid auf mein

Auge fällt, als rotes Licht zu bezeichnen.

uv ir r nthgenlicht
UV, IR, Rönthgenlicht

Man spricht zwar gelegentlich von ultraviolettem, infrarotem und Rönthgen-Licht,

sollte aber die Worte Licht, leuchten, Beleuchtung, ... nur im Zusammenhang

mit sichtbarer elektromagnetischer Strahlung verwenden.

sir isaac newton 1643 1727
Sir Isaac Newton (1643 - 1727)

Nahm an, dass es sich beim Licht

um eine Teilchenstrahlung handelt.

elektrische und magnetische kr fte
Elektrische und magnetische Kräfte

Bernstein

Magnet

Um 600 v. Chr: Der griechische Philosoph und Mathematiker Thales von Milet entdeckt,

dass Bernstein eine elektische Ladung erhält, wenn man ihn reibt.

624 v.Chr.:Erste bekannte Aufzeichnung über Magnetsteine durch Thales von Milet.

thales von milet
Thales von Milet

624 bis 546 v. Chr.

Milet liegt etwa 80 km südlich der

heutigen Stadt Izmir. Die Stadt gilt

als Geburtsstätte des rationalen Denkens

und der Philosophie im antiken Griechenland.

hans christian orsted
Hans Christian Orsted

(1777-1851)

1820: Der dänische Physiker Hans Christian Orsted entdeckt die Verbindung zwischen

Elektrizität und Magnetismus, indem er beobachtete, dass ein stromdurchflossener Leiter

eine Magnetnadel ablenken kann.

michael faraday
Michael Faraday

(1791-1867)

1831: Der englische Physiker und Chemiker Michael Faraday entdeckt, dass man mit

Magnetismus Elektrizität erzeugen kann.

maxwell clark 1831 1879
Maxwell Clark(1831-1879)

Maxwell-Gleichungen

Von 1861 bis 1864 beschrieb James Clerk Maxwell alle damals bekannten elektromagnetischen Phänomenen mit einem einzigen Satz von Formeln. Diese zeigen, wie sich elektromagnetische Felder bilden und zeitlich entwickeln, darunter fällt auch das Phänomen elektromagnetischer Wellen wie Licht und Radiowellen.

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gebr uchliche l ngeneinheiten bei licht
Gebräuchliche Längeneinheitenbei Licht

1 nm (Nanometer) = 1mm (Millimykron) = 10 Ao (Angström) =

= 10-9 m = 10-6 mm = 10-3mm (Mikrometer)

Z.B. blaues Licht mit Wellenlänge

l = 444,44 nm = 444,44 mm = 4444,4 Ao

und orangerotes Licht mit der Wellenlänge

l = 645,16 nm = 645,16 mm = 6451,6 Ao

1 mykron = 1/1000 mm = 10-6 m, Vorsilbe mikro: 10-6

wellenausbreitung
Wellenausbreitung

Jedes Photon ist polarisiert, das heißt die beiden Schwingungs-Ebenen liegen fest.

Beim polarisierten Licht haben alle Photonen

dieselben entsprechenden Schwingungseben.

Bei nicht polarisiertem Licht hat jedes Photon

seine eigenen Schwingungsebenen.

lichtgeschwindigkeit
Lichtgeschwindigkeit

Fizeau Armand Hippolyte Louis

1849 5% zu wenig

Olaf Römer 1676

c = 214000 km/s

Genau: 299.792.458m/s heute aber c = 1, was letztlich auf Poincare zurückgeht.

kugelwellen

Kugelwellen, weit weg vom Zentrum oder in einem kleinen Ausschnitt betrachtet, ergeben angenähert eine ebene Wellenfront

Kugelwellen
interferenz von wellen
Interferenz von Wellen

Wellenberge und Wellentäler der zwei Quellen können

sich gegenseitig stärken oder auslöschen

christian huygens 1629 1695

Die Erfinder der Differential-

und Integralrechnung :

Christian Huygens(1629 - 1695)

Gottfried Leibnitz (1646-1716)

Sir Isaac Newton (1643 – 1727)

huygensche elementarwellen
Huygensche Elementarwellen

Die Graphik zeigt reale Wellen, die Elementarwellen sind aber nur gedacht und differentiell klein. Sie dürfen nicht mit den Photonen verwechselt werden.

Jeder Punkt der Wellenfront wird als Zentrum der Erregung einer Elementarwelle angesehen.

wellenfronten
Wellenfronten

Die Radien der Kreise nehmen um den gleichen Betrag zu. Die Einhüllenden sind

die Wellenfronten. Eine Wellenfront entsteht durch Integration (Überlagerung) über

die Elementarwellen.

augustin fresnel 1788 1827
Augustin Fresnel(1788 - 1827)

Er brachte die Huygensche Wellenlehre des Lichtes zur Vollendung. Damit war Newtons Teilchentheorie vorerst obsolet.

Erwin Schrödinger konnte die Fresnelsche Wellengleichung direkt für Materiewellen übernehmen.

Erst mit der Quantentheorie zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts (Planck, Einstein) wurde klar, dass das Licht auch

Teilcheneigenschaften hat.

Erwin Schrödinger

1887-1961

joseph von fraunhofer 1787 1826
Joseph von Fraunhofer(1787-1826)

Seine Forschungen waren für die Wellen-optik ebenfalls grundlegend.

Weiters entdeckte er im Sonnenspektrum dunkle Linien, welche er als Absorp-tionslinien interpretieren konnte. Somit war er auch für die Astrophysik äusserst wichtig.

thomas young 1773 1829
Thomas Young(1773-1829)

engl. Arzt, Physiker ,

Naturphilosoph und Ägyptologe

Sein Doppelspaltversuch beweist die

Wellennatur des Lichtes

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beugungsordnung wellenl nge
Beugungsordnung Wellenlänge

Rot wird am stärksten gebeugt

Analogon:

Tiefe Töne hört man um die Ecke

doppelspaltversuch von young
Doppelspaltversuch von Young

ergibt ein charakteristisches Beugungsmuster

beugungsgitter
Beugungsgitter

Hat man genügend viele Schlit-ze, so werden bei der ersten Ordnung die verschiedenen Far-ben sehr gut getrennt und man kann daher ein Beugungsgitter als Spektrometer verwenden.

Beugungsgitter haben zwischen 70 Linien/mm (für IR) und bis zu 1800 Linien/mm (für UV) eingeritzt.

das farbenspiel der cd s
Das Farbenspiel der CD‘s

stammt von der Beugung an einem gerilltem Spiegel (=Beugungsspiegel)

snel van royen snellius
Snel van Royen (Snellius)

Leiden 1580. † Leiden 30. Oktober 1626.

brechung erkl rung mittels huygenscher elementarwellen
Brechung(Erklärung mittels Huygenscher Elementarwellen)

optisch dicht = geringe Lichtgeschwindigkeit = grosser Brechungsindex > 1

Der Lichtstrahl wird in Richtung des Lotes gebrochen, wenn er ins optisch dichtere

Medium = (kleinere Geschwindigkeit der Ausbreitung) eintritt.

vergleich von beugung und brechung 1
Vergleich von Beugung und Brechung 1

Rot wird stark gebeugt

Rot wird schwach gebrochen

Beugungsgitter

Brechungsprisma

vergleich von beugung und brechung 2
Vergleich von Beugung und Brechung 2

Die Brechung basiert auf der unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeit für verschiedene

Wellenlängen im brechenden Medium.

Die Beugung hängt nur von der geometrischen Form der Beugungsöffnung und der Wellenlänge ab.

Sowohl Brechung als auch Beugung können zur spektralen Zerlegung von Strahlung verwendet werden.

Dabei hat die Beugung gegenüber der Brechung den Vorteil, dass schon alleine aus der Geometrie der Anordung für die spektrale Zerlegung auf die Wellenlängen der zerlegten Strahlung geschlossen werden kann.

Die Brechung kommt aber bei optischen Instrumenten mit Linsen und Prismen (auch bei der Brille) im Allgemeinen stärker zum Tragen als die Beugung.

beugung

MAUER

Hört die tiefen Töne des Traktors,

aber nicht die hohen Töne des Pfeifers.

Beugung
beugung am gitter1
Beugung am Gitter

Dient zur spektralen

Zerlegung von Licht

das prisma dispersion
Das Prisma - Dispersion

Die Brechung hängt von der Wel-lenlänge ab (und vom Material des Prismas). Dadurch findet eine Auf-fächerung des weissen Lichtes statt (Dispersion). Rot wird weniger ge-brochen als Blau.

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geometrie des regenbogens
Geometrie des Regenbogens

Wassertropfen

Auge des Beobachters

liegt am roten aber nicht

am blauen Kegelmantel

Auge des Beobachters

liegt am roten aber nicht

am blauen Kegelmantel

Wassertropfen

Auge des Beobachters

liegt am blauen aber nicht

am roten Kegelmantel

Wassertropfen

Auge des Beobachters

bildet die Spitze des Kegels mit Achse zur Sonne, auf dem die roten Strahlen

liegen, welche in das Auge des Beobachters treffen und den roten Teil des Regenbogens formen.

das blau des himmels
Das Blau des Himmels

John Tyndall, 1820-1893

Lord Rayleigh, 1842-1920

Albert Eistein, 1879-1955

1859

1871

1911

Streuung von Licht an Teilchen

kurze Wellenlängen werden

stärker gestreut,

daher das Himmelblau

Streuung an Luftmolekülen,

welche als Dipole wirken

polarisiertes licht
Polarisiertes Licht

nicht eben zirkular

polarisiert

Die Pfeile zeigen die Schwingungsebene des elektrischen Feldes.

max planck 1858 1947
Max Planck(1858-1947)

Führte 1900 die Quantenphysik ein, um Strahlungsphänomene mathematisch

beschreiben zu können.

friedrich hasen hrl 1874 1915
Friedrich Hasenöhrl (1874 - 1915)

Masse = Energie (ohne Verwendung der Relativitätstheorie)

1904 Juli: Veröffentlichung der Abhandlung "Zur Theorie der Strahlung in bewegten Körpern".

F. Hasenöhrl, Ann. Phys., Band 15, Seite 344-370, (1904); 16, 589 (1905)

1905: Einstein E=m.c2 (Heute Definition: c=1, also Masse = Energie)

wellen teilchen dualismus

Kalium

Wellennatur

globale Verhaltensweise

Teilchennatur

lokale Verhaltensweise

Wellen-Teilchen Dualismus
pioniere

Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894)

Wilhelm Hallwachs

( 1859 - 1922 )

Albert Einstein

(1879 -1955)

Der äußere photoelektrische Effekt wurde 1887 von Heinrich Hertz und Wilhelm Hallwachs beobachtet. Manche Metalle geben einen elektrischen Strom ab, wenn ihre Oberfläche durch Licht bestrahlt wird. Theorien der klassischen Physik konnten die Eigenschaften des Effektes nicht erklären. Albert Einstein zeigte 1905, dass eine Beschreibung des Lichts durch die Planckschen Lichtquanten, heute Photonen genannt, den Effekt gut erklären kann und gab damit der Quantenphysik einen wichtigen Impuls (dafür 1921 Nobelpreis für Physik). Die spätere Entwicklung der Quantenphysik lehnte er aber aus grundsätzlichen weltanschaulichen Vorurteilen heraus ab („Gott würfelt nicht“) und brachte sich dadurch ins wissenschaftliche Aussen-seiterdasein. Es ist aber gut möglich, dass er dabei einen erkenntnistheoretisch besseren Weg gefordert hat.

Pioniere
logische unvereinbarkeit

Doppelspaltversuch zeigt, dass ein Photon räumlich ausgedehnt ist.

Photoelektrischer Effekt zeigt, dass ein

Photon punktförmig (räumlich nicht ausgedehnt) ist.

Logische Unvereinbarkeit
grenzen der wellen teilchen schau levi leblond vergleich
Grenzen der Wellen-Teilchen SchauLevi Leblond-Vergleich

Kann die logische Unvereinbarkeit auch nicht auflösen.

energie und wellenl nge des photons
Energie und Wellenlänge des Photons

E = h . n

n = c / l

h = 6,626x10-34 J.sec

c = 299792000 m / sec

E .... Energie in J (oule)

l .... Wellenlänge in m (eter)

n .... Frequenz in H (ert) z = sec -1

h .... Plancksches Wirkungsquant

l gross, E und n klein

l klein, E und n gross

starke schwache rote strahlung
Starke – schwacherote Strahlung

Energie der Photonen: e = h.n