Einfache Linsensysteme - Schülerexperiment

Cover

Aufgabenstellung

Für technische Anwendungen werden häufig mehrere Linsen kombiniert. Dies nennt man Linsensysteme. Baue zwei verschiedene Linsensysteme und fotografiere den Strahlengang.

Vorbetrachtungen

Theoretische Grundlagen

Licht: Licht breitet sich stets gradlinig in Wellen aus, wenn es von einer Lichtquelle ausgesendet wird. Die Strahlen ändern ihre Richtung nur, wenn sie von Objekten abgelenkt, gebrochen oder gestreut werden.

Lichtbrechung: Die Brechung des Lichtes ist die Richtungsänderung eines Lichtstrahls, bei dem sie auf eine Grenzfläche zweier durchsichtiger Stoffe trifft.

Konvexlinsen (Sammellinsen): Konvexlinsen brechen das einfallende Licht so, dass sich die Lichtstrahlen im Brennpunkt kreuzen.

Konkavlinsen (Zerstreuungslinsen): Konkavlisen brechen das einfallende Licht so, dass sich die Lichtstrahlen im Raum zerstreuen.

Versuchsaufbau

Verwendete Geräte

• weißes Blatt Papier
• verschiedene Linsen (plankonvex, halbkreisförmig, plankonkav)
• Leuchtbox: Tisch
• Diaz
• Stromversorgungsgerät
• Verbindungskabel

Durchführung

Beschreibung der Versuchsdurchführung

Zunächst wird die Leuchtbox mit dem Stromversorgungsgerät verbunden, welches anschließend mit dem Verbindungskabel an die Steckdose angeschlossen wird. Die Diaz werden in die Leuchtbox geschoben, um das Licht in Streifen auf dem Blatt Papier abzubilden. Nachdem das Experiment aufgebaut ist, wird der Raum verdunkelt und die Lichtquelle angeschaltet. Der Lichtstrahl scheint auf das Blatt Papier, auf das die verschiedenen Linsen gelegt werden. Von den zwei aufgebauten Linsensystemen, sowie den Strahlengängen werden nachfolgend Fotos gemacht.

Beobachtung

Bei dem ersten Linsensystem verlaufen die Lichtstrahlen gradlinig, bis sie auf die erste Linse treffen. Die plankonkave Linse bricht die Strahlen so, dass sie sich im Raum zerstreuen und somit ihre Richtung ändern. Die zweite Linse, die mit wenig Abstand hinter der ersten liegt, ist plankonvex und bricht die auftreffenden Lichtstrahlen so, dass sie sich in einem Brennpunkt bündeln. Dieser befindet sich jedoch hinter dem Blatt Papier und ist somit auf dem Foto nicht sichtbar. Die Lichtstrahlen scheinen weitestgehend gerade zu verlaufen und bewegen sich nur langsam nach innen, zum Brennpunkt hin.

Bei dem zweiten Linsensystem verlaufen die Lichtstrahlen wie beim ersten Linsensystem gradlinig, bis sie auf die erste Linse treffen. Die plankonkave Linse zerstreut die Lichtstrahlen wie bei dem vorherigen Linsensystem. Die plankonvexe Linse wird hier durch eine halbkreisförmige Linse ersetzt. Diese bündelt die Lichtstrahlen ebenfalls. Die äußeren Strahlen werden stärker gebrochen, weswegen diese sich direkt vor der Linse treffen und so bündeln. Der mittlere, welcher weiter geradlinig verläuft, und die zwei Nachbarstrahlen kreuzen sich weiter hinten, jedoch immer noch auf dem Blatt Papier. Bei diesem Lichtsystem ist besonders, dass die Wölbung der plankonkaven Linse zur Leuchtbox gerichtet ist. Somit werden die Strahlen klar und deutlich reflektiert. Diese besitzen ebenfalls einen Brennpunkt, welcher sich kurz vor der Leuchtbox befindet.

Video

Link: YouTube:Einfache Linsensysteme - Schülerexperiment

Informationen zum Video

Experiment Nr.:	189
Veröffentlicht am:	12.04.2019
Dateiname:	189.mp4
Länge:	0:33
Maximale Dateigröße:
Videoqualität:	SD, HD, 2k
Lizenz:	CC0 1.0 Universell (CC0 1.0) Public Domain Dedication

Auswertung

Erklärung

Licht breitet sich bei lichtdurchlässigen Stoffen geradlinig aus. Trifft es geneigt auf eine Fläche zwischen zwei verschiedenen lichtdurchlässigen Stoffen, so ändert es in der Regel seine Ausbreitungsrichtung (wird gebrochen). Die Zerstreuungslinsen zerstreuen und die Sammellinsen sammeln das Licht im Brennpunkt, aufgrund der unterschiedlichen Formen der beiden Körper. Wenn Licht auf sie trifft, wird es nach dem Brechungsgesetz gebrochen. Hierbei gilt: sinα : sinβ = n

α … Einfallswinkel

β … Brechungswinkel

n … Brechzahl

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

Fehlerbetrachtung

Die Linsen müssen in einem sauberen und vollkommenen Zustand gehalten werden, dürfen also keine Risse oder Schmutzflecke aufweisen. Eine kaputte oder schmutzige Linse würde das Lichtbild beeinflussen, verändern und falsch aussehen lassen. Eine weitere Fehlerquelle ist die Positionierung der Lichtquelle. Die Linsen und die Lichtstrahlen müssen so hintereinander positioniert werden, das ein scharfes Bild entsteht. Die Fotos werden nun von oben geschossen, um ein klares Bild zu erhalten. Damit das Licht verdeutlicht wird und auf dem Foto gut zu sehen ist, muss der Raum verdunkelt werden. Ein zu heller Raum lässt das Licht nur schwach erscheinen.