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
6
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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