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Zerstreuungslinsen

Zerstreuungslinsen sind durchsichtige Körper aus Glas oder Kunststoff, die sehr unterschiedliche Form haben können. Wenn Licht auf sie trifft, wird es nach dem Brechungsgesetz gebrochen.
Zerstreuungslinsen sind dadurch charakterisiert, dass auf sie fallendes paralleles Licht hinter der Linse „auseinander“ läuft.

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Zerstreuungslinsen sind durchsichtige Körper aus Glas oder Kunststoff, die sehr unterschiedliche Form haben können. Wenn Licht auf sie trifft, wird es nach dem Brechungsgesetz gebrochen.
Zerstreuungslinsen sind dadurch charakterisiert, dass auf sie fallendes paralleles Licht hinter der Linse "auseinander" läuft (Bild 1). Die Bezeichnung "Zerstreuungslinse" kennzeichnet somit die optische Wirkung einer Linse.

  • Durch eine Zerstreuungslinse wird paralleles Licht so gebrochen, dass es hinter der Linse "auseinander" läuft.

Zerstreuungslinsen aus Glas oder Kunststoff sind in der Mitte dünner als am Rand (Bild 2). Nach dieser äußerlich wahrnehmbaren Form bezeichnet man solche Zerstreuungslinsen auch als Konkavlinsen.

Beachte: Man kann nicht bei jeder Linse aus der äußeren Form erkennen, ob sie wie eine Zerstreuungslinse oder wie eine Sammellinse wirkt. Das gilt insbesondere für Linsen, die mit einer Flüssigkeit gefüllt sind oder die aus verschiedenen Stoffen bestehen.

  • Arten von Zerstreuungslinsen aus Glas oder Kunststoff. Sie sind in der Mitte dünner als am Rand.

Strahlenverlauf an Zerstreuungslinsen

Trifft Licht auf eine Zerstreuungslinse so wird es an der Grenzfläche Luft-Glas und an der Grenzfläche Glas-Luft gebrochen (Bild 3a). Es erfolgt somit an jeder Linse eine zweifache Brechung. Dabei wirkt das Brechungsgesetz.
Ist die Linse relativ dünn - man spricht dann von einer dünnen Linse - kann man die zweifache Brechung durch eine Brechung an der Linsenebene ersetzen (Bild 3b). Das ermöglicht es, Strahlenverläufe relativ einfach zu zeichnen.

Beachte: Diese Vereinbarung gilt nur für dünne Linsen. Bei dicken Linsen oder Linsensystemen ist sie nicht anwendbar.

  • Strahlenverlauf an dicken und dünnen Zerstreuungslinsen

Brennweite und Brechwert von Zerstreuungslinsen

Trifft paralleles Licht auf eine Zerstreuungslinse, dann läuft es hinter der Linse auseinander (Bild 4). Es scheint dabei von einem Punkt herzukommen. Wie bei Sammellinsen bezeichnet man diesen Punkt als Brennpunkt F. Die Abkürzung F kommt von focus, der lateinischen Bezeichnung für den Brennpunkt.

Der Abstand zwischen Linsenebene und Brennpunkt wird als Brennweite einer Linse bezeichnet.

Formelzeichen:
Einheiten:
f
ein Millimeter (1 mm)
ein Zentimeter (1 cm)
ein Meter (1 m)


Dabei gilt für Zerstreuungslinsen:

  • Jede Linse hat zwei Brennpunkte, die symmetrisch zur Linsenebene liegen.
  • Die Brennweite wird in Millimeter, Zentimeter oder Meter angegeben, wobei sie bei Zerstreuungslinsen im Unterschied zu Sammellinsen mit einem negativen Vorzeichen versehen wird. So bedeutet z. B. f = -50 mm: Es ist eine Zerstreuungslinse mit einer Brennweite von 50 mm.
  • Je kleiner die Brennweite einer Linse ist, desto stärker wird das Licht durch die Linse gebrochen. Eine Linse kleiner Brennweite hat also eine größere Brechkraft als eine Linse großer Brennweite.

Statt der Brennweite f verwendet man zur Kennzeichnung der Brechkraft von Linsen, insbesondere von Brillengläsern, auch den Brechwert.

Der Brechwert einer Linse gibt an, wie stark oder wie schwach der Strahlenverlauf durch eine Linse korrigiert wird.

Formelzeichen:
Einheit:
D
eine Dioptrie (1 dpt)

Für die Einheiten gilt:

1  dpt =  1 m

Zwischen der Brennweite und der Brechkraft einer Linse besteht folgender einfache Zusammenhang:

D = 1 f       oder         f = 1 D

Ähnlich wie für die Brennweite gilt für den Brechwert von Zerstreuungslinsen:

  • Der Brechwert einer Zerstreuungslinse wird mit einem negativen Vorzeichen versehen. So bedeutet D = -0,5 dpt: Es ist eine Zerstreuungslinse mit einem Brechwert von 0,5 dpt.
  • Je größer der Brechwert einer Linse ist, desto stärker wird das Licht durch die Linse gebrochen. Eine Linse mit großem Brechwert hat also eine größere Brechkraft als eine Linse mit kleinerem Brechwert.

Hat ein Brillenglas z. B. einen Brechwert von D = -0,7 dpt, so bedeutet das:

  • Als Brillenglas wird eine Zerstreuungslinse verwendet.
  • Der Brechwert dieser Zerstreuungslinse beträgt 0,7 dpt.
  • Die Brennweite dieser Zerstreuungslinse hat somit einen Wert
    von 1 − 0,7  dpt = − 1,4  m .
  • Brennpunkt und Brennweite einer Zerstreuungslinse
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Zerstreuungslinsen." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/zerstreuungslinsen (Abgerufen: 20. May 2025, 12:33 UTC)

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Regenbogen

Ein Regenbogen ist eine Naturerscheinung. Er ist zu beobachten, wenn man die Sonne im Rücken hat und eine abziehende Regenwolke von der Sonne beleuchtet wird. Charakteristisch für einen Regenbogen ist ein Farbband mit den Spektralfarben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett, wobei die Farben stets in gleicher Reihenfolge auftreten.
Manchmal ist über einem Regenbogen ein zweiter, lichtschwächerer Nebenregenbogen zu beobachten, bei dem eine umgekehrte Farbfolge zu sehen ist.

Streuung und Absorption von Licht

Licht tritt mit Stoffen, durch die es hindurchtritt, in Wechselwirkung. Insbesondere kommt ist durch die Wechselwirkung von Licht mit kleinen Partikeln, Atomen und Molekülen zur Ablenkung eines Teils des Lichtes aus der geradlinigen Bahn. Diese Erscheinung wird als Streuung von Licht bezeichnet. Die Intensität des gestreuten Lichtes ist teilweise abhängig von der Wellenlänge. Eng verbunden mit der Streuung von Licht sind die verschiedenen Farben des Himmels, die man beobachten kann.
Darüber hinaus wird ein Teil des Lichtes von dem Stoff, den es durchdringt, aufgenommen (absorbiert). Wie stark diese Absorption ist, wird durch den Absorptionskoeffizienten erfasst.

Totalreflexion

Geht Licht von einem optisch dichten in einen optisch dünnen Stoff über, dann ist der Brechungswinkel größer als der Einfallswinkel. Bei einem Brechungswinkel von 90° gelangt das Licht gar nicht mehr in den zweiten Stoff, es verläuft entlang der Grenzfläche. Vergrößert man davon ausgehend den Einfallswinkel noch weiter, dann wird an Licht an der Grenzfläche vollständig reflektiert. Dieser Vorgang wird als Totalreflexion bezeichnet. Totalreflexion wird z.B. bei Lichtleitern genutzt. Sie spielt auch bei Luftspiegelungen eine Rolle.

Augustin Jean Fresnel

* 10.05.1788 in Broglie/Normandie
† 14.07.1827 in Ville D´Avray bei Paris

Er war zunächst als Wege- und Wasserbautechniker im französischen Staatsdienst, später dann als Physiker tätig. Mit seinen Beiträgen zur Beugung, Interferenz und Polarisation des Lichtes schuf er die Grundlagen der Wellenoptik.

Wissenstest, Ausbreitung von Licht und Wechselwirkung mit Stoffen


Grundlegende Kenntnisse über die Ausbreitung von Licht und die Wechselwirkung des Lichts mit Stoffen wurden bereits in der Sekundarstufe 1 vermittelt. Das gilt für die Schattenbildung ebenso wie für die Reflexion und die Brechung. Neu ist in der Oberstufe die Einbeziehung des huygensschen Prinzips. Damit ist bei Nutzung des Wellenmodells nicht nur eine Beschreibung, sondern auch eine Erklärung für Reflexion und Brechung möglich. Im Test geht es vorrangig darum zu prüfen, ob grundlegendes Wissen zu elementaren Grundlagen vorhanden ist und auf einfache Sachverhalte angewendet werden kann.

 

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