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Reflexion und Absorbtion

Skripte
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Einführung

Wüsstest du wie du aussiehst, wenn es kein Spiegel gäbe? Du könntest vielleicht an ein ruhiges Gewässer gehen und versuchen dort dein Spiegelbild zu erkennen. Denn manche Oberflächen haben die Eigenschaft, dass sie auftreffendes Licht wieder „zurückwerfen“ - sie reflektieren das einfallende Licht. Ihnen haben wir überhaupt zu verdanken, dass wir wissen, wie wir aussehen.
Auf manche Oberflächen kannst du dagegen so viel Licht einfallen lassen, wie du willst - das Licht wird nicht zurückgeworfen. Die gesamte Energie des Lichts wird von dieser Oberfläche verschluckt - das Licht wird absorbiert. Lege an einem heißen Sommertag eine weiße und schwarze Metallplatte in die Sonne. Nach einer gewissen Zeit merkst du, dass die schwarze Metallplatte um einiges heißer ist, als die weiße. Das liegt daran, dass schwarze Gegenstände Licht am meisten absorbieren.

Reflexionsgesetz

Wenn Licht auf die Oberfläche eines Körpers trifft, so wird ein Teil des Lichts reflektiert. In welchem Winkel das Licht wieder zurückgeworfen wird, beschreibt das Reflexionsgesetz.
Optik: Reflexion und Absorbtion
Abb. 1: Graphische Darstellung des Reflexionsgesetzes.
Optik: Reflexion und Absorbtion
Abb. 1: Graphische Darstellung des Reflexionsgesetzes.
Das Reflexionsgesetz besagt:
Einfallswinkel $\alpha$ = Ausfallswinkel $\beta.$
Einfallswinkel = Ausfallswinkel
Der einfallende Lichtstrahl, das Lot und der reflektierte Lichtstrahl liegen dabei in einer Ebene. Das Lot steht dabei immer im $90°$ Winkel zu dem Punkt, wo der Lichtstrahl eintrifft.

Gerichtete und diffuse Reflexion

An glatten Oberflächen, z.B. an einem Spiegel, findet eine gerichtete Reflexion statt. Das einfallende Lichtbündel wird in eine bestimmte Richtung reflektiert. Während bei einer diffusen Reflexion die einzelnen Lichtstrahlen in verschiedene Richtungen zurückgeworfen werden.
Optik: Reflexion und Absorbtion
Abb. 2: gerichtete und diffuse Reflexion
Optik: Reflexion und Absorbtion
Abb. 2: gerichtete und diffuse Reflexion

Hohlspiegel und Wölbspiegel

Du warst vielleicht schon einmal in einem Spiegellabyrinth. Dort findest du neben gewöhnlichen Spiegeln auch Spiegel, die dein Spiegelbild verzerren. Dein Kopf erscheint plötzlich im Vergleich zu deinem restlichen Körper winzig und dein Rumpf sehr groß. Solche Spiegelbilder kommen dadurch zustande, dass die Spiegel eine gewisse Form haben.
Der Hohlspiegel ist nach innen gekrümmt, dadurch werden parallel einfallende Lichstrahlen nach der Reflexion in einem Punkt, dem sogenannten Brennpunkt, fokusiert.
Optik: Reflexion und Absorbtion
Abb. 3: Hohlspiegel
Optik: Reflexion und Absorbtion
Abb. 3: Hohlspiegel
Der Hohlspiegel wird beim Sonnenofen eingesetzt. Sonnenstrahlen fallen auf einen großen, nach innen gewölbten Spiegel ein. Im Brennpunkt werden die reflektierten Sonnenstrahlen gebündelt, sodass Temperaturen bis zu $3.300 ~° C$ erreicht werden können.
Der Wölbspiegel ist nach außen gekrümmt, dadurch werden parallel einfallende Lichstrahlen nach der Reflexion in verschiedene Richtungen reflektiert
Optik: Reflexion und Absorbtion
Abb. 4: Wölbspiegel
Optik: Reflexion und Absorbtion
Abb. 4: Wölbspiegel

Absorbtion

Absorbieren kommt vom Lateinischen und bedeutet so viel wie „einsaugen, verschlingen“. Fällt auf einen roten Gegenstand weißes Licht, so wird der Anteil des roten Lichts zurückgeworfen, der restliche Anteil des weißen Licht wird absorbiert. Bei weißen Gegenständen wird das Licht so gut wie komplett zurückgeworfen, bei schwarzen wird das Licht komplett absorbiert. Wie stark dabei der Anteil des absorbierten Lichts ist, wenn es auf ein Gegenstand trifft, gibt die Einheit Albedo an. Je höher der Prozentsatz ist, desto stärker wird es reflektiert. Schnee reflekiert das Licht sehr gut, die Wasseroberfläche bei einem Neigungswinkel von $45°$ dagegen sehr schlecht.
MaterialAlbedo
frischer Schnee$80 - 90 ~ \%$
Wolken$60 - 90 ~ \%$
Wüste$30 ~ \%$
Wald$5 - 18 ~ \%$
Asphalt$15 ~ \%$
Wasseroberfläche (Neigungswinkel > 45°)$5 ~ \%$
Bildnachweise [nach oben]
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