Wann kommt es bei der ATR-Technik zu einer totalen Reflexion?

Question

Wann kommt es bei der ATR-Technik zu einer totalen Reflexion?

Antwort

Verwandte Fragen

Wo sieht der Betrachter sein Spiegelbild?

Was besagt das Gesetz der Totalreflexion?

Was sind die Unterschiede zwischen Reflexion, Streuung und Absorption?

Was bedeuten Streuung, Reflexion und Brechung einfach erklärt?

Steigert ein Hohlspiegel die Leuchtkraft?

Beispiel für Kofferreflexion

Accepted Answer

Bei der ATR-Technik (Attenuated Total Reflection) kommt es zu einer totalen Reflexion, wenn der Einfallswinkel des Lichts größer ist als der kritische Winkel. Der kritische Winkel hängt von den Brechungsindizes der beiden Medien ab, die an der Grenzfläche aufeinandertreffen. Die Bedingung für totale Reflexion ist: \[ \theta_i > \theta_c \] wobei \(\theta_i\) der Einfallswinkel und \(\theta_c\) der kritische Winkel ist. Der kritische Winkel \(\theta_c\) kann berechnet werden mit: \[ \theta_c = \arcsin\left(\frac{n_2}{n_1}\right) \] Hierbei ist \(n_1\) der Brechungsindex des dichteren Mediums (z.B. des ATR-Kristalls) und \(n_2\) der Brechungsindex des weniger dichten Mediums (z.B. der Probe). Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird das Licht an der Grenzfläche vollständig reflektiert, und es entsteht ein evaneszentes Feld, das in das weniger dichte Medium eindringt und dort Wechselwirkungen mit der Probe ermöglicht.

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Der Betrachter sieht sein Spiegelbild an genau dem Punkt im Spiegel, an dem die Lichtstrahlen von seinem Gesicht auf den Spiegel treffen und dann in sein Auge reflektiert werden. Das Spiegelbild ersch... [mehr]

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Der Betrachter sieht sein Spiegelbild an genau dem Punkt im Spiegel, an dem die Lichtstrahlen von seinem Gesicht auf den Spiegel treffen und dann in sein Auge reflektiert werden. Das Spiegelbild erscheint dabei so, als ob es sich hinter der Spiegelfläche befindet – in gleicher Entfernung, wie der Betrachter vor dem Spiegel steht. Das bedeutet: Stehst du einen Meter vor dem Spiegel, scheint dein Spiegelbild einen Meter hinter dem Spiegel zu sein.

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Das Gesetz für die Totalreflexion besagt, dass Totalreflexion an der Grenzfläche zweier Medien auftritt, wenn Licht von einem optisch dichteren Medium (mit höherem Brechungsindex) in ei... [mehr]

Accepted Answer

Das Gesetz für die Totalreflexion besagt, dass Totalreflexion an der Grenzfläche zweier Medien auftritt, wenn Licht von einem optisch dichteren Medium (mit höherem Brechungsindex) in ein optisch dünneres Medium (mit niedrigerem Brechungsindex) übergeht und der Einfallswinkel größer als der sogenannte Grenzwinkel ist. Der Grenzwinkel \(\theta_c\) lässt sich mit dem Snellius’schen Brechungsgesetz berechnen: \[ n_1 \cdot \sin(\theta_c) = n_2 \cdot \sin(90^\circ) \] Da \(\sin(90^\circ) = 1\), vereinfacht sich die Formel zu: \[ \sin(\theta_c) = \frac{n_2}{n_1} \] Dabei gilt: - \(n_1\): Brechungsindex des dichteren Mediums (z.B. Glas) - \(n_2\): Brechungsindex des dünneren Mediums (z.B. Luft) Totalreflexion tritt also auf, wenn der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel ist und das Licht vom dichteren ins dünnere Medium übergeht. Das Licht wird dann vollständig an der Grenzfläche reflektiert.

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Reflexion, Streuung und Absorption sind drei verschiedene Arten, wie Licht (oder allgemein elektromagnetische Strahlung) mit Materie wechselwirken kann: **1. Reflexion:** Licht trifft auf eine Ober... [mehr]

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Reflexion, Streuung und Absorption sind drei verschiedene Arten, wie Licht (oder allgemein elektromagnetische Strahlung) mit Materie wechselwirken kann: **1. Reflexion:** Licht trifft auf eine Oberfläche und wird in eine andere Richtung zurückgeworfen. Die Richtung des reflektierten Lichts hängt vom Einfallswinkel ab (Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Ausfallswinkel). Beispiele: Spiegel, glatte Wasseroberfläche. **2. Streuung:** Licht trifft auf kleine Partikel oder Unebenheiten und wird in viele verschiedene Richtungen zerstreut. Die Streuung kann unterschiedlich stark sein, je nach Größe der Partikel und Wellenlänge des Lichts. Beispiele: Der blaue Himmel (Rayleigh-Streuung), Milch in Wasser. **3. Absorption:** Licht trifft auf ein Material und wird von diesem aufgenommen. Die Energie des Lichts wird dabei meist in Wärme umgewandelt oder für chemische Prozesse genutzt. Das Licht verschwindet also im Material und wird nicht weitergeleitet. Beispiele: Schwarze Kleidung in der Sonne, Sonnencreme. **Zusammengefasst:** - **Reflexion:** Licht wird zurückgeworfen. - **Streuung:** Licht wird in viele Richtungen verteilt. - **Absorption:** Licht wird aufgenommen und verschwindet im Material.

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**Streuung** bedeutet, dass Lichtstrahlen in viele verschiedene Richtungen zerstreut werden, wenn sie auf kleine Teilchen oder Unebenheiten treffen. Zum Beispiel sieht der Himmel blau aus, weil das So... [mehr]

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**Streuung** bedeutet, dass Lichtstrahlen in viele verschiedene Richtungen zerstreut werden, wenn sie auf kleine Teilchen oder Unebenheiten treffen. Zum Beispiel sieht der Himmel blau aus, weil das Sonnenlicht an den Luftmolekülen gestreut wird. **Reflexion** ist das Zurückwerfen von Licht, wenn es auf eine glatte Oberfläche trifft, wie bei einem Spiegel. Das Licht prallt ab und geht in eine andere Richtung weiter. **Brechung** passiert, wenn Licht von einem Material in ein anderes übergeht (zum Beispiel von Luft ins Wasser) und dabei seine Richtung ändert. Das sieht man zum Beispiel, wenn ein Strohhalm im Wasserglas "geknickt" aussieht. Zusammengefasst: - **Streuung:** Licht wird in viele Richtungen verteilt. - **Reflexion:** Licht wird zurückgeworfen. - **Brechung:** Licht ändert beim Übergang in ein anderes Material seine Richtung.

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Ein Hohlspiegel selbst erhöht nicht die Leuchtkraft (also die tatsächliche abgestrahlte Lichtenergie pro Zeiteinheit) einer Lichtquelle. Was ein Hohlspiegel jedoch bewirkt, ist die Bünd... [mehr]

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Ein Hohlspiegel selbst erhöht nicht die Leuchtkraft (also die tatsächliche abgestrahlte Lichtenergie pro Zeiteinheit) einer Lichtquelle. Was ein Hohlspiegel jedoch bewirkt, ist die Bündelung oder Fokussierung des Lichts. Dadurch erscheint das Licht in bestimmten Richtungen heller, weil mehr Licht in einen kleineren Bereich gelenkt wird. Die Gesamtmenge an Licht (die Gesamtleistung) bleibt aber gleich – sie wird nur umverteilt. In der Praxis kann ein Hohlspiegel also dazu führen, dass eine Lichtquelle in eine bestimmte Richtung viel heller wirkt, zum Beispiel bei Taschenlampen oder Autoscheinwerfern. Die Leuchtkraft der Lichtquelle selbst wird dadurch jedoch nicht erhöht. Mehr Informationen zu Hohlspiegeln findest du z.B. bei [Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Hohlspiegel).

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Eine Kofferreflexion ist ein Begriff aus der Geometrie, der oft in der Mathematik verwendet wird, um die Reflexion von Lichtstrahlen oder anderen Wellen an einer Oberfläche zu beschreiben. Ein ei... [mehr]

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Eine Kofferreflexion ist ein Begriff aus der Geometrie, der oft in der Mathematik verwendet wird, um die Reflexion von Lichtstrahlen oder anderen Wellen an einer Oberfläche zu beschreiben. Ein einfaches Beispiel könnte die Reflexion eines Lichtstrahls an einem Spiegel sein, der die Form eines Koffers hat. Stell dir vor, du hast einen rechteckigen Koffer, der auf einer Tischplatte liegt. Wenn ein Lichtstrahl auf die Oberfläche des Koffers trifft, wird er in einem bestimmten Winkel reflektiert. Der Einfallswinkel (der Winkel, mit dem der Lichtstrahl auf die Oberfläche trifft) ist gleich dem Reflexionswinkel (der Winkel, mit dem der Lichtstrahl von der Oberfläche abweicht). Um dies zu veranschaulichen, könntest du eine Skizze anfertigen, in der der Koffer, der einfallende Lichtstrahl und der reflektierte Lichtstrahl eingezeichnet sind. Dies zeigt, wie die Reflexion funktioniert und wie die Winkel zueinander stehen. Ein praktisches Beispiel könnte auch die Reflexion von Licht in einem Kofferraum eines Autos sein, wenn das Licht von einer Lampe auf die Wände des Kofferraums trifft und reflektiert wird.