Teil Des Lichts

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Teil Des Lichts

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Würde dies stimmen, müsste der Mensch auch im Dunklen sehen können. Galileo Galilei versuchte als einer der ersten, die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts ernsthaft zu messen, jedoch ohne Erfolg.

Dafür waren die ihm zur Verfügung stehenden Mittel viel zu grob. Zwar betrug die Abweichung seines Messwerts vom tatsächlichen Wert ca. Die Natur des Lichts blieb jedoch weiter ungeklärt.

Im Jahrhundert versuchte Isaac Newton mit seiner Korpuskeltheorie , die Ausbreitung des Lichts durch die Bewegung von kleinen Teilchen zu erklären.

Damit konnte man zwar die Reflexion verstehen, nicht jedoch manche andere optische Phänomene, wie die Beugung , bei der es sich eindeutig um ein Wellenphänomen handelt.

Zur gleichen Zeit begründeten Christiaan Huygens und andere die Wellentheorie des Lichts , die sich aber erst Anfang des Michael Faraday erbrachte als erster den Nachweis, dass Licht und Magnetismus zwei miteinander verbundene physikalische Phänomene sind.

Er veröffentlichte den von ihm gefundenen magnetooptischen Effekt , der heute als Faraday-Effekt [2] bezeichnet wird, unter dem Titel Über die Magnetisierung des Lichts und die Belichtung der Magnetkraftlinien.

James Clerk Maxwell formulierte die noch heute gültigen Grundgleichungen der Elektrodynamik und erkannte, dass dadurch die Existenz freier elektromagnetischer Wellen vorhergesagt wurde.

Da deren vorhergesagte Ausbreitungsgeschwindigkeit mit der bekannten Lichtgeschwindigkeit übereinstimmte, schloss er, dass das Licht wohl eine elektromagnetische Welle sei [4].

Er vermutete wie damals nahezu alle Physiker , dass diese Welle nicht im leeren Raum existieren könne, sondern ein Ausbreitungsmedium brauche.

Dieses Medium, das das gesamte Weltall ausfüllen müsste, wurde als Äther bezeichnet. Mit der darauf aufbauenden elektromagnetischen Lichttheorie schienen im ausgehenden Jahrhundert beinahe alle Fragen zum Licht geklärt.

Andererseits schien unter anderem der Photoeffekt der Wellennatur des Lichts zu widersprechen. So entstand eine radikal neue Sichtweise des Lichts, die durch die Quantenhypothese von Max Planck und Albert Einstein begründet wurde.

Als solches vereint es Eigenschaften von Welle und von Teilchen, ohne das eine oder das andere zu sein und entzieht sich somit unserer konkreten Anschauung.

Daraus entstand Anfang des Jahrhunderts die Quantenphysik und später die Quantenelektrodynamik , die bis heute unser Verständnis von der Natur des Lichts darstellt.

Im Folgenden werden die wichtigsten Modelle zur Beschreibung des Lichts vorgestellt. Wie alle Modelle in der Physik sind auch die hier aufgeführten in ihrem Geltungsbereich beschränkt.

In der klassischen Elektrodynamik wird Licht als eine hochfrequente elektromagnetische Welle aufgefasst. Es ist eine Transversalwelle , wobei die Amplitude durch den Vektor des elektrischen Feldes oder des Magnetfeldes gegeben ist.

Die Ausbreitungsrichtung verläuft senkrecht dazu. Bei unpolarisiertem Licht setzt sich das Strahlungsfeld aus Wellen aller Polarisationsrichtungen zusammen.

Die Wellengleichung dieser elektromagnetischen Welle kann aus den Maxwell-Gleichungen hergeleitet werden. Offensichtlich hängt die Lichtgeschwindigkeit — genauer: die Phasengeschwindigkeit des Lichts — in Medien von deren Materialeigenschaften ab.

Im Allgemeinen ist er frequenzabhängig, was als Dispersion bezeichnet wird. Darauf beruht unter anderem die Fähigkeit eines Prismas , das Licht in seine spektralen Anteile zu zerlegen.

Dann können sämtliche Beugungsphänomene vernachlässigt werden. Das Bindeglied zwischen Wellenoptik und Strahlenoptik ist der Wellenvektor , dessen Richtung mit der Richtung des Lichtstrahls übereinstimmt.

Die Strahlenoptik ist besonders gut geeignet, Phänomene wie Licht und Schatten , Reflexion oder Brechung zu beschreiben. Insbesondere sind die Abbildungsgesetze auch die Grundlage für das Verständnis des Brechapparats im menschlichen Auge.

Von spiegelnden Oberflächen blankes Metall, Wasseroberfläche wird Licht nach dem Reflexionsgesetz reflektiert.

Der einfallende und der ausfallende Strahl sowie das Lot auf der reflektierenden Fläche liegen in einer Ebene. Einfallswinkel und Ausfallswinkel sind einander gleich.

Das Verhältnis der reflektierten Lichtintensität zur einfallenden Lichtintensität wird als Reflexionsgrad bezeichnet und ist material- und wellenlängenabhängig.

Der Reflexionsgrad gibt an, wie viel Prozent des auf eine Fläche fallenden Lichtstroms reflektiert werden.

Licht wird an der Grenzfläche zwischen zwei Medien unterschiedlicher optischer Dichte gebrochen, d. Der Vollständigkeit halber sei gesagt, dass an einer solchen Grenzfläche stets auch die Reflexion mehr oder weniger stark auftritt.

Das Brechungsgesetz von Snellius besagt:. Der einfallende und der gebrochene Strahl sowie das Lot auf der Grenzfläche liegen in einer Ebene.

Dabei ist der Winkel zwischen Lot und Lichtstrahl in dem Medium kleiner, das den höheren Brechungsindex hat. Wenn der einfallende Strahl aus dem optisch dichteren Medium unter einem flachen Winkel auf die Grenzfläche trifft, gibt es keinen reellen Winkel für den gebrochenen Strahl, der diese Bedingung erfüllt.

In diesem Fall tritt statt der Brechung eine Totalreflexion auf. Der Wellenoptik liegt das Prinzip von Huygens und Fresnel zugrunde.

Jeder Punkt einer Wellenfront ist der Ausgangspunkt einer Elementarwelle. Eine Wellenfront ergibt sich als Überlagerung dieser Elementarwellen.

Mit Elementarwelle ist in diesem Zusammenhang eine Kugelwelle gemeint, die von einem bestimmten Punkt ausgeht. Schwedischer Ingenieur.

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Astronomisches Instrument.

Dann können sämtliche Beugungsphänomene vernachlässigt werden. Das Bindeglied zwischen Wellenoptik und Strahlenoptik ist der Wellenvektor , dessen Richtung mit der Richtung des Lichtstrahls übereinstimmt.

Die Strahlenoptik ist besonders gut geeignet, Phänomene wie Licht und Schatten , Reflexion oder Brechung zu beschreiben.

Insbesondere sind die Abbildungsgesetze auch die Grundlage für das Verständnis des Brechapparats im menschlichen Auge.

Von spiegelnden Oberflächen blankes Metall, Wasseroberfläche wird Licht nach dem Reflexionsgesetz reflektiert.

Der einfallende und der ausfallende Strahl sowie das Lot auf der reflektierenden Fläche liegen in einer Ebene. Einfallswinkel und Ausfallswinkel sind einander gleich.

Das Verhältnis der reflektierten Lichtintensität zur einfallenden Lichtintensität wird als Reflexionsgrad bezeichnet und ist material- und wellenlängenabhängig.

Der Reflexionsgrad gibt an, wie viel Prozent des auf eine Fläche fallenden Lichtstroms reflektiert werden.

Licht wird an der Grenzfläche zwischen zwei Medien unterschiedlicher optischer Dichte gebrochen, d. Der Vollständigkeit halber sei gesagt, dass an einer solchen Grenzfläche stets auch die Reflexion mehr oder weniger stark auftritt.

Das Brechungsgesetz von Snellius besagt:. Der einfallende und der gebrochene Strahl sowie das Lot auf der Grenzfläche liegen in einer Ebene.

Dabei ist der Winkel zwischen Lot und Lichtstrahl in dem Medium kleiner, das den höheren Brechungsindex hat. Wenn der einfallende Strahl aus dem optisch dichteren Medium unter einem flachen Winkel auf die Grenzfläche trifft, gibt es keinen reellen Winkel für den gebrochenen Strahl, der diese Bedingung erfüllt.

In diesem Fall tritt statt der Brechung eine Totalreflexion auf. Der Wellenoptik liegt das Prinzip von Huygens und Fresnel zugrunde. Jeder Punkt einer Wellenfront ist der Ausgangspunkt einer Elementarwelle.

Eine Wellenfront ergibt sich als Überlagerung dieser Elementarwellen. Mit Elementarwelle ist in diesem Zusammenhang eine Kugelwelle gemeint, die von einem bestimmten Punkt ausgeht.

Wellenfronten sind die Flächen gleicher Phase. Der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Wellenfronten ist somit die Wellenlänge.

Die Wellenfronten einer ebenen Welle sind also Ebenen, die Wellenfronten von Elementarwellen sind konzentrische Kugelflächen.

Die Ausbreitungsrichtung also die Richtung des Wellenvektors bildet stets eine Normale zur Wellenfront.

Mit der Wellenoptik lassen sich alle Phänomene der Beugung und Interferenz verstehen. Sie eignet sich aber auch, das Reflexions- und das Brechungsgesetz herzuleiten.

Die Wellenoptik widerspricht also nicht der Strahlenoptik, sondern erweitert und vertieft diese.

Historisch nimmt die Wellenoptik von Huygens und Fresnel schon eine wesentliche Erkenntnis der Elektrodynamik vorweg: Lichtwellen sind elektromagnetische Wellen.

In der Quantenphysik wird Licht nicht mehr als klassische Welle, sondern als Quantenobjekt aufgefasst. Demnach setzt sich das Licht aus einzelnen diskreten Energiequanten zusammen, den sogenannten Photonen.

Ein Photon wird entweder als Ganzes absorbiert und emittiert oder gar nicht. Trotzdem bleibt alles, was hier bisher über die Welleneigenschaften des Lichts gesagt wurde, gültig.

Je nach Betrachtungsweise zeigen sie Eigenschaften der einen oder der anderen. In der heute gängigsten Interpretation der Quantenmechanik Kopenhagener Deutung kann man den genauen Ort eines Photons nicht a priori vorhersagen.

Man kann nur Aussagen über die Wahrscheinlichkeit machen, mit der ein Photon an einer bestimmten Stelle auftreffen wird. Diese Wahrscheinlichkeitsdichte ist durch das Betragsquadrat der Amplitude der Lichtwelle gegeben.

Prinzipiell unterscheidet man zwischen thermischen und nicht-thermischen Strahlern. Erstere beziehen die Energie für die Strahlungsemission aus der thermischen Bewegung ihrer Teilchen.

Das Spektrum eines thermischen Strahlers ist kontinuierlich, d. Im Gegensatz dazu haben nicht-thermische Lichtquellen kein kontinuierliches Spektrum, sondern ein Linien- oder ein Bandenspektrum.

Das bedeutet, dass nur ganz bestimmte Wellenlängen abgestrahlt werden. Linienspektren treten bei Gasentladungsröhren auf, Bandenspektren bei Leuchtdioden , Polarlichtern oder Leuchtkäfern.

Die Energiequellen für die Strahlung sind hier elektrischer Strom, Teilchenstrahlung oder chemische Reaktionen. Linienspektren sind oft charakteristisch für bestimmte Stoffe.

Eine Sonderstellung unter den Lichtquellen nimmt der Laser ein. Laserlicht ist nahezu monochromatisch es besteht fast nur aus einer Wellenlänge , mehr oder weniger kohärent es besteht eine feste Phasenbeziehung zwischen mehreren Wellenzügen und oft polarisiert.

Die Tscherenkow-Strahlung entsteht durch die Bewegung von geladenen Teilchen durch ein durchsichtiges Dielektrikum , wenn die Teilchengeschwindigkeit höher als die Lichtgeschwindigkeit im Dielektrikum ist.

Sie ist das Analogon zum Überschallknall und kann zum Beispiel in Schwimmbadreaktoren und Abklingbecken von Kernkraftwerken beobachtet werden.

Licht stellt für Pflanzen — neben der Verfügbarkeit von Wasser — den wichtigsten Ökofaktor dar, weil es Energie für die Photosynthese liefert.

Die von den Chlorophyll -Molekülen in den Chloroplasten absorbierte Lichtenergie wird genutzt, um Wassermoleküle zu spalten Photolyse und so Reduktionsmittel für die Photosynthese herzustellen.

Der bei der Fotolyse anfallende Sauerstoff wird als Reststoff an die Atmosphäre abgegeben. Die Summenreaktionsgleichung der Photosynthese lautet:.

Den Aufbau von organischen Verbindungen aus Kohlenstoffdioxid bezeichnet man als Kohlenstoffdioxid- Assimilation. Organismen, die mithilfe von Licht dazu in der Lage sind, nennt man photo - autotroph.

Alle heterotrophen Organismen sind von dieser Assimilation abhängig, weil sie ihren Energiebedarf nur aus organischen Verbindungen, die sie mit der Nahrung aufnehmen müssen, decken können.

In Gewässern dient nur die lichtdurchflutete oberste Schicht, die Nährschicht , der Bildung von Biomasse und Sauerstoff, hauptsächlich durch Phytoplankton.

Weil viele Tiere und Einzeller durch das hohe Nahrungsangebot und den vergleichsweise hohen Sauerstoffgehalt des Wassers hier gute Lebensbedingungen finden, werden sie durch das Licht angelockt.

Der Licht- oder Sehsinn ist für viele Tiere einer der wichtigsten Sinne. Daher haben sich im Laufe der Evolution in den verschiedensten Taxa die unterschiedlichsten Lichtsinnesorgane entwickelt.

Diese reichen von den einfachen Augenflecken von Euglena über einfache Pigmentfelder bis zu den komplex aufgebauten Facettenaugen und Linsenaugen.

Nur wenige Tiere sind vollkommen unempfindlich für Lichtreize. Dies ist höchstens dann der Fall, wenn sie in völliger Dunkelheit leben, wie Höhlentiere.

Sowohl für Räuber- als auch Beutetiere ist es von Vorteil, nicht gesehen zu werden. Anpassungen daran sind Tarnung und Nachtaktivität.

Erstaunlicherweise haben dahingegen viele Lebewesen selbst die Fähigkeit entwickelt zu leuchten. Das bekannteste Beispiel ist der Leuchtkäfer.

Das Licht, das ins menschliche Auge fällt, wird durch den Brechapparat bestehend aus Hornhaut , vorderer und hinterer Augenkammer, Linse und Glaskörper auf die Netzhaut projiziert.

Dort entsteht ein reelles, auf dem Kopf stehendes Bild vergleichbar Vorgang in einer Fotokamera. Dieses Signal wird über den Sehnerv, in den die einzelnen Nervenstränge der Netzhaut münden, zum Gehirn geleitet.

Lichtintensität wird als Helligkeit empfunden. Das Auge kann sich durch verschiedene Mechanismen an die — viele Zehnerpotenzen umfassenden — Intensitäten anpassen siehe Adaption.

Die empfundene Helligkeit hängt dabei mit der tatsächlichen Intensität über das Weber-Fechner-Gesetz zusammen.

Die spektrale Zusammensetzung des Lichtreizes wird als Farbe wahrgenommen, wobei das menschliche Auge Licht mit Wellenlängen zwischen ca.

Es ist zu beachten, dass diese Tabelle nur für monochromatisches einfarbiges Licht gilt. Mischfarben rufen unter Umständen andere Farbeindrücke hervor.

Beispielsweise erscheint dem menschlichen Sehsinn eine Mischfarbe aus jeweils monochromatischem grünen und roten Licht gelb.

Die Netzhaut des Auges ist mit verschiedenen Sinneszellen ausgestattet: Die Stäbchen weisen eine breite spektrale Ansprechbarkeit auf und zeichnen sich durch eine hohe Sensitivität aus.

Sie sind daher auf das Sehen in der Dämmerung spezialisiert, können jedoch keine Farben unterscheiden. Im Die meisten elektromagnetischen Wellen wie Radiowellen oder die Röntgenstrahlung sind für unser Auge nicht sichtbar.

Das optische Spektrum selbst wiederum ist aus verschiedenen elektromagnetischen Wellen zusammengesetzt, die in unseren Augen unterschiedliche Farbwahrnehmungen erzeugen.

Der Londoner Arzt Thomas Young erkannte im Jahre , dass sich Lichtwellen nicht wie die Schallwellen als longitudinale Schwingungen, sondern transversal fortbewegen.

Transversale Wellen schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Das Auge besitzt auf der Netzhaut Farbsinneszellen, die Zapfen, die jeweils für eine bestimmte Wellenlänge des Lichts empfindlich sind.

Sonnenlicht kann als Mischung von mehreren elektromagnetischen Wellen aus dem optischen Spektrum bezeichnet werden. Albert Einstein hat darauf hingewiesen, dass Licht auch eine andere Gestaltform annehmen kann.

Er behauptete im Jahre , dass Licht neben seiner Wellennatur auch Teilchencharakter besitzen muss, da es beim Auftreffen auf eine Metallplatte Elektronen aus der Platte herausschlagen kann.

Er bezeichnete die "Lichtteilchen" als Photonen. Der beschriebene Effekt wird als photoelektrischer Effekt bezeichnet und ist die technische Grundlage für die photovoltaische Stromerzeugung aus Sonnenlicht.

Die Eigenschaft des Lichts, sich sowohl wie eine Welle als auch wie ein Teilchen verhalten zu können, ist eines der merkwürdigsten Phänomene in der Natur überhaupt.

Ganz entscheidend dabei ist die Anordnung des Aufbaus für die Versuche, um Eigenschaften über das Licht herauszubekommen.

Ein Versuchsaufbau beweist die Wellennatur des Lichts, ein anderer Aufbau belegt seine Teilchennatur. Seit dieser Feststellung nimmt man an, dass die Objekte der Natur nicht eindeutig festgelegt sind, sondern dass der Mensch selbst zu einem Stück weit entscheiden kann, wie die Natur ist.

Manche Philosophen gehen noch wesentlich weiter und behaupten, dass die Natur und alles was in ihr lebt und entsteht ein reines Gedankengebäude des Menschen sei.

Sie würde erst dann zu existieren beginnen, wenn sie der Mensch erdenkt. Diese philosophische Richtung nennt man Konstruktivismus.

Das von der Sonne ausgestrahlte Licht breitet sich kreisförmig und geradlinig von der Sonne weg im Weltall aus, sofern es nicht gestört wird.

Das Licht kann nicht stehen bleiben, es legt in einer Sekunde eine Entfernung von Metern zurück etwa Kilometer.

Diese Geschwindigkeit wird als Lichtgeschwindigkeit bezeichnet. Licht bewegt sich solange geradlinig und ungestört, bis es auf ein Hindernis trifft oder durch ein Hindernis manipuliert wird.

Beim Halbmond sieht man beispielsweise den von der Seite beschienenen Mond. Die der Sonne abgewandte Seite erscheint dunkel, während die sichtbare Sichel von der Sonne bestrahlt wird.

Die Sichel kann nur deshalb gesehen werden, da ein Teil des Lichts von der Mondoberfläche zurückgeworfen wird.

Ein erheblicher Teil des Lichtes aber wird von der Mondoberfläche zurückgehalten und in Wärmeenergie umgewandelt.

Dieses Phänomen nennt man Absorption. Dies liegt an der besonders guten Absorptionsfähigkeit der Farbe Schwarz.

Schwarze Flächen eignen sich aus diesem Grunde zum Bau von Wärmespeichern, so auch im Sonnenkollektor. Dieser besitzt als Absorptionsfläche eine dunkle Fläche, die einen Wasserkreislauf heizt.

Trifft Licht auf einen Spiegel, wird sämtliches Licht reflektiert, dieses Phänomen nennt man Reflexion.

Der Einfallswinkel entspricht immer dem Ausfallswinkel. Trifft Licht auf Gegenstände, die für unsere Augen farbig erscheinen, tritt ein spezielles Phänomen auf.

Die Oberfläche eines blauen Pigments absorbiert bestimmte Anteile des Lichts. Hier haben wir es mit dem Phänomen der Remission zu tun.

Die Sonnenstrahlen, die auf die Erdoberfläche treffen, werden manchmal an der spiegelnden Wasseroberfläche teilweise reflektiert, an vielen Materialien aber auch absorbiert und remittiert.

Bei der Absorption wird das kurzwellige Sonnenlicht in Wärmeenergie umgewandelt, die als langwellige Wärmestrahlung wieder an die Erdatmosphäre abgegeben wird.

So entsteht der natürliche Treibhauseffekt. Ohne diesen Mechanismus wären die Bedingungen auf der Erdoberfläche mit dem Mond vergleichbar.

Das Phänomen einer Streuung des Lichts in alle möglichen Richtungen kann in der Erdatmosphäre beobachtet werden: Der Tageshimmel erscheint nicht schwarz sondern hell oder blau , da das Sonnenlicht an den Luftmolekülen und den Staubteilchen diffus gestreut wird.

Die Wahrscheinlichkeit der Streuung von Lichtwellen nimmt mit abnehmender Wellenlänge zu. Dies bedeutet, dass der blaue Anteil des Sonnenlichts wesentlich stärker von der Luft gestreut wird als der rote oder der gelbe Bereich.

Aus diesem Grund erscheint der Tageshimmel auf der Erde blau. Bei Planeten ohne Atmosphäre ist er dagegen schwarz. Ein Raumfahrer auf der Mondoberfläche sieht einen schwarzen Himmel.

Das Phänomen der Streuung kann auch durch ein eigenes Experiment beobachtet werden: Durch einen Glasbehälter mit Wasser wird mit Hilfe eines Laserpointers ein fein gebündelter Lichtstrahl geschickt.

Ein natürliches Phänomen stellt der Regenbogen dar. Beim Eintritt eines Sonnenstrahls in ein Wassertröpfchen ändert sich der Ausbreitungswinkel des Strahls, er wird gebrochen.

Dies gilt auch für jede Berührung des Tropfenrandes. Dem Farbenfeuer eines geschliffenen Diamanten oder dem farbigen Glitzern eines Tautropfens liegt das gleiche Phänomen zugrunde.

Aufgrund dieser Eigenschaft kann man Licht in Lichtleiterkabeln transportieren. Durch vielfache Totalreflexion bis zu Mal pro Meter wird das Licht im Glasfaserkabel transportiert.

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Teil Des Lichts - Kreuzworträtsel-Frage: TEIL DES LICHTS

Dies ist höchstens dann der Fall, wenn sie in völliger Dunkelheit leben, wie Höhlentiere. Für eine optimale Photosynthese muss sowohl Rot als auch Infrarot für die Pflanze verfügbar sein. Die Wellenoptik widerspricht also nicht der Strahlenoptik, sondern erweitert und vertieft diese.

5 thoughts on “Teil Des Lichts

  1. Ich entschuldige mich, aber meiner Meinung nach lassen Sie den Fehler zu. Ich kann die Position verteidigen. Schreiben Sie mir in PM, wir werden umgehen.

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