Thematik

Grundlagen der medizinischen Physik

Vorlesungen: Woche 1

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Thema

Einführung. Optik

Praktika: Vorträger

Dr. Bérces Attila

4 5

Dr. László Smeller [email protected] Dr. Ferenc Tölgyesi [email protected] Dr. Attila Bérces [email protected]

Dr. Tölgyesi Ferenc

Mechanik

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Elektrizitätslehre

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Dr. Smeller László

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Struktur der Materie

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1

Webseite: http://biofiz.sote.hu

Thema

Woche 1

Einführung

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Seminar

3

Seminar

4

Messung: Refraktometer

5

Messung: Resonanz

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Messung: Mikroskop

7

Seminar

8

Seminar

9

Seminar

10

Messung: Hautwiderstand

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Seminar

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Messung: Lichtemission

13

Seminar

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Wiederholung

(Die Reihenfolge ist bei den einzelnen Gruppen unterschiedlich!)

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Kurz über die naturwissenschaftliche Denkweise Hilfsmittel: Praktikum für Biophysik (Institut für Biophysik und Strahlenbiologie, Budapest 2006, erhältlich im Institut beim ersten Unterricht)

n ge n u ein h c Ers

Voraussetzungen für die Anerkennung des Semesters: • Teilnahme an 75% der Vorlesungen und der Praktika • Annahme der Messprotokolle aus jeder Messung des Semesters von dem Praktikumsleiter • erfolgreiche Absolvierung der zwei Klausuren (in den 7. und 13. Studienwochen).

Prüfungsform: Praktikumsnote; Die Praktikumsnote ergibt sich aus den Noten der zwei Klausuren. Nachhol-/Wiederholungsmöglichkeit besteht in der ersten Woche der Prüfungszeit.

Physikalische Größe!

Beobachtung, Experiment, Messung 3

4

Zusammenhänge, Gesetze

∆l = α ∆T l

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Physikalische Größen

Basisgrößen

Abgeleitete Größen

Basiseinheiten

Abgeleitete Einheiten

nichtgerichtete Größe

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Systeme International

Physikalische Größe = Zahlenwert⋅ Maßeinheit

Skalar

Anwendungen

Basisgröße

v=

∆s ∆t

Vektor gerichtete Größe 7

Länge l Masse m Zeit t Elektrische Stromstärke I Thermodynamische Temperatur T Stoffmenge n Lichtstärke IV

Basiseinheit Name Zeichen das Meter m das Kilogramm kg die Sekunde s das Ampere A das Kelvin K das Mol das Candela

mol cd

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Damit man sehr kleine und große Werte kurz und bequem aufschreiben kann.

Wissenschaftliche Schreibweise:

m ⋅10 (1 ≤ m < 10) n

Z.B.: Die Größe eines Erythrozyten ist 0,000008 m = 8·10–6 m = 8 µm

Rundung: Auf drei signifikanten Stellen!!! Z.B.: 0,0019588 ≈ 0,00196

Vorsätze: Vorsatz Name Zeichen Exa E Peta P Tera T Giga G Mega M Kilo k Hekto h Deka da Dezi d Zenti c Milli m Mikro µ Nano n Piko p Femto f Atto a

Faktor 1018 1015 1012 109 106 103 102 10 10–1 10–2 10–3 10–6 10–9 10–12 10–15 10–18

Optik

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Ausschlieslich für den Unterrichtsgebrauch

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Optik 1.„Geometrische Optik” (optische Geräte) • Typische Abmessungen D der abbildenden System (Blenden, Linsen) sind groß gegen die Wellenlänge λ des Lichts

Optik Optik ist eine Spezialgebiet der Physik, das Eigenschaften elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Bereich behandelt.

2.„Wellenoptik” • Typische Abmessungen D der abbildenden System (Blenden, Linsen) sind klein gegen die Wellenlänge λ des Lichts • Wellencharakter des Lichts führt zu Erscheinungen wie Beugung und Interferenz 3.„Quantenoptik” • Teilchencharakter des Lichts → Photon 11

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Licht

Licht

Das Licht ist eine elektromagnetische Welle, das sich geradlinig mit der Lichtgeschwindigkeit c ausbreitet

Das Licht ist eine elektromagnetische Welle, das sich geradlinig mit der Lichtgeschwindigkeit c ausbreitet. Im Vakuum ist die Geschwindigkeit für alle elektromagnetische Wellen gleich:

C0 = (299 792,46 ± 0,018) km/s ≈ 3 • 108 m/s Olaf Römer – 1676: Verfinsterungen des Jupitermondes Io c ≈ 2,3 • 108 m/s Bradley – 1727: Aberration des Sternenlichtes

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Licht Geometrische Optik

Licht als elektromagnetische Welle

Typische Abmessungen (d) der abbildenden System (Blenden, Linsen) sind groß gegen die Wellenlänge λ des Lichts d >> λ

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Geradlinige Ausbreitung

Das Modell „ Lichtstrahl” ¾geradlinige Ausbreitung des Lichtes ¾Lichtwege sind umkehrbar ¾kreuzende Lichtstrahlen beeinflussen sich nicht

Lochkamera - Camera Obscura

Fermatsches Prinzip Die Ausbreitung des Lichtes zwischen zwei Punkten verläuft so, daß die verbrauchte Zeit minimal ist.

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Reflexion des Lichtes

Reflexion und Brechung

Einfallslot α

β

α = β → Spiegelung

diffuse Reflexion das Bild am ebenen Spiegel L

L’

virtuell

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Brechzahl

Brechung

Reflexion Vakuum

optisch dünneres Medium

Medium

Brechung

α1 Luft n = 1

cM

c0

n1< n2 zum Lot hin gebrochen

β1 n1> n2 vom Lot weg gebrochen

Lichtgeschwindigkeit Material Vakuum Luft (1 atm) Wasser Augenlinse Ethylalkohol Quarzglas Flintglas Diamant

bei 20º C und 584 nm

optisch dichteres Medium

n 1 1,00027 1,333 ≈1,34 1,361 1,459 1,613 2,417

absolute Brechzahl:

sinα n2 c = = n21 = 1 sin β n1 c2 21

n1 n2

optisch dichteres Medium

optisch dünneres Medium

n1 > n2

αT…Grenzwinkel

Luft n = 1

Glas n=1.5

β2

relative Brechzahl

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Totalreflexion

Totalreflexion

αT

α2

Brechungsgesetz:

c n = 0 ≥1 cM

αT n1 n2

Anwendung: n1 > n2

¾Lichtleiter – Endoskopie

α > αT Totalreflexion

http://www.walter-fendt.de/ph14d/brechung.htm

¾Faseroptik – optische 23

Informationsübertragung

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Totalreflexion & Endoskopie

Totalreflexion & Endoskopie

Optische Nachrichtenübertragung 25

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Dispersion und Prisma Dispersion und Regenbogen Der Brechungsindex von Wassertropfen ist wellenlängenabhängig.

→ Farben unter verschiedenen Winkeln.

Weißes Licht wird zerlegt Kurzwelliges Licht (violett) wird stärker gebrochen als langwelliges (rot) 27

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Dispersion und Prisma

Dispersion Der Brechungsindex ist für alle Gläser wellenlängenabhängig, d.h. n = n(λ). Für die meisten Gläser nimmt n mit abnehmender Wellenlänge zu, d.h.BLAU wird stärker gebrochen als ROT (normale Dispersion)

Kronglas

Rot 656 nm n=1,514

Wellenlängenabhängigkeit der Brechzahl

Blau 434 nm n=1,528

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