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Optik - Prinzip des Mikroskops

Optik
Prinzipien der Optik

Optik ist die Lehre des Lichts. Sie beschäftigt sich mit der Natur des Lichts und der Frage, wie Licht mit Materie wechselwirkt. Für uns Menschen kommt Licht in erster Linie von der Sonne. Im Laufe der Evolution haben sich unsere Augen entwickelt, die bestimmte Farben wahrnehmen können.

Die Geschichte der Optik ist daher eng mit Beobachtungen der Naturforscher und Wissenschaflter verknüpft. Die für das Verständnis eines Lichtmikroskops wichtigen Bereiche der Optik werden in diesem Artikel vorgestellt.

Im Laufe der Jahrhunderte haben Menschen viele bahnbrechende Geräte ersonnen, die sich das Licht und die Gesetze der Optik zunutze machen. Das Mikroskop ist nur eines davon. Dazu gehören beispielsweise Lupe, Brille, Teleskop, Röntgengerät usw.

Was ist Licht?

Licht ist der Teil der elektromagnetischen Strahlung, den wir mit dem Auge sehen können. Man bezeichnet diesen Bereich auch als Lichtspektrum:

Lichtspektrum
Lichtspektrum

Man erkennt sehr schön, dass das Lichtspektrum mit den Farben des Regenbogens zu tun hat: von Violett über Blau , Grün und Gelb , fächert sich das Spektrum nach Orange und Rot hin auf. Lichtstrahlung mit einer Wellenlänge von 400 nm (Nanometern) erscheint blau, bei 550 nm wirkt es grün und bei 750 nm sieht Licht rot aus. Siehe dazu auch: Einheiten und deren Präfixe (Übersicht), um zu verstehen, wie kurz ein Nanometer eigentlich ist. Schwarz ist im Kontext des Lichtspektrums keine Farbe (mit einer bestimmten Wellenlänge), sondern ein Zustand des Auges: wenn kein Licht ins Auge fällt, wirkt es schwarz. Das Gegenteil ist bei Weiß der Fall: wenn Licht aller Wellenlängen ins Auge fällt, entsteht ein weißer Eindruck.

Durchsichtige Körper brechen Licht

Lichtstrahlen breiten sich im Vakuum (und ännähernd auch in der Luft) mit einer Geschwindigkeit von fast 300.000 Kilometern pro Sekunde aus (sog. Lichtgeschwindigkeit). Trifft Licht jedoch auf feste Körper, so wird es entweder reflektiert, also wieder abgestrahlt, oder es durchdringt den Körper, wenn er (halb-) durchsichtig ist.

Licht in Luft und Glas
Licht bewegt sich in Glas (oder Wasser) langsamer als durch die Luft

Wenn Licht in einen durchsichtigen Körper fällt, zum Beispiel Wasser oder Glas, dann verlangsamt es sich. Das ist vor allem dann von Bedeutung, wenn es nicht in einem 90° Winkel auf den Körper fällt.

Lichtbrechung in Glas oder Wasser
Lichtbrechung in Glas oder Wasser

Da sich das Licht im festeren Medium verlangsamt, entspricht der Einfallswinkel nicht genau dem Ausfallswinkel. Der "Knick" ist also größer als man es vermuten würde. Diesen Effekt kannten schon unsere Vorfahren, wenn sie versucht haben, Fische mit Speren zu erlegen.

Linsen

Die Lichtbrechung kann man gezielt nutzen. (Halb-) durchsichtige Körper mit göwölbten Oberflächen nennt man Linsen. Man unterscheidet Sammellinsen, die das Licht bündeln, und Streuungslinsen, die das Licht streuen, also verteilen. Sammellinsen sind konvex (nach außen) gewölbt, wenn beide Seiten gewölbt sind, spricht man von bikonvexen Linsen. Streuungslinsen sind konkav (nach innen) gewölbt, wenn beide Seiten gewölbt sind spricht man von bikonkaven Linsen.

Reeles Zwischenbild
Reeles Zwischenbild mit Hilfe einer Sammellinse

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