Ausbreitung von Licht

    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
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      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 18.686
      hallo,

      eine Glühbirne ist von weiter entfernung nicht mehr so gut zu erkennen, wie wenn man direkt hineinschaut.

      Hauptgrund dafür dürfte sein, dass die Lichstrahelen auf dem weg ins Auge an staubteilchen in der Luft gstreut werden.

      Ich frage mich aber, ob es noch einen weiteren effekt gibt? Sind die kLichstrahlen, die von der Birne ausgehen endlich oder unedlich viele?

      was ich meine: wenn von der Mitte eines Uhrziffernblattes 12 Straheln abgehen, dann kann ich mit einem Kamerachip in der Nähe des Zentrums mehr strahlen einfangen, als wenn ich mich wegbewege.

      gibt es diesen Effekt? ist er im Vergleich zum anderen Effekt zu vernachlässigen?

      Wie sieht es im universum aus? erreichen den neptun weniger Sonenstrahlen als die Erde? Sehr groß kann dieser effekt wenn nicht sein, da meines wissens die monate am Äquator, in denen die Erde der Sonne am nächsten ist nicht heißer sind als die, in denen die Erde weiter weg st (unser Sommer).

      Natrülich ist die Differenz Perihel- Aphel wesentlich geringer als die entfernung Sonne Neptun.
  • 22 Antworten
    • sarc
      sarc
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      Moderator
      Dabei seit: 06.06.2008 Beiträge: 12.197
      Deine Vorstellung ist gleichzeitig falsch und gar nicht so schlecht... ;)

      Erst mal: Lichtstrahlen gibt es nicht, das ist nur ein Hilfskonstrukt. Richtig angewandt hilft das jedoch enorm, und dein Beispiel mit dem Kamerachip ist völlig richtig. Allerdings ist dafür völlig irrelevant, wie viele Strahlen davon ausgehen (da die wie gesagt eh nur als Analogie taugen). Aber je weiter du wegkommst, desto weiter rücken diese einzelnen "Hilfsstrahlen" auseinander, was physikalisch korrekt gesprochen bedeutet, dass die Lichtintensität verringert wird.


      Um deine erste Frage zu beantworten: Ja, die Luft streut Licht und verschlechtert damit die Auflösung. Der Effekt, dass die Lichtstärke mit zunehmender Entfernung nachlässt, spielt da aber auch eine nicht zu vernachlässigende Rolle. Allerdings ist der limitierende Faktor hier die Beugung. Wenn Licht beispielsweise durch die Pupille fällt, wird es dahinter gebeugt. Zwei Objekte können nun maximal so nah beieinander sein, dass der eine im Beugungsminimum des anderen liegt. Sind sie näher beisammen, kannst du das nicht mehr unterscheiden (Stichwort: Rayleigh-Kriterium).


      Zur Universums-Frage: Weniger Sonnenstrahlen eben nur im übertragenen Sinne. Aber es kommt eine geringere Lichtintensität an. Deswegen ist der Neptun auch "etwas" kälter als die Erde. Bei der Erde ist dieser Effekt tatsächlich zu vernachlässigen. Sommer und Winter kommen nur durch Unterschiede im Neigungswinkel zustande: Im Sommer steht die Sonne weiter oben am Himmel, wodurch die Strahlen "senkrechter" auftreffen.
    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
      Black
      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 18.686
      Original von sarc

      Um deine erste Frage zu beantworten: Ja, die Luft streut Licht und verschlechtert damit die Auflösung. Der Effekt, dass die Lichtstärke mit zunehmender Entfernung nachlässt, spielt da aber auch eine nicht zu vernachlässigende Rolle. Allerdings ist der limitierende Faktor hier die Beugung. Wenn Licht beispielsweise durch die Pupille fällt, wird es dahinter gebeugt. Zwei Objekte können nun maximal so nah beieinander sein, dass der eine im Beugungsminimum des anderen liegt. Sind sie näher beisammen, kannst du das nicht mehr unterscheiden (Stichwort: Rayleigh-Kriterium).
      hmmm, aber die beugung an der Pupille tritt doch so oder so auf. egal wie weit ich von dem Objekt weg bin. Und sie tritt auch genau einmal auf oder findet die beugung auch an Luft-/Staubteilchen statt?
    • sarc
      sarc
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      Dabei seit: 06.06.2008 Beiträge: 12.197
      Ne, aber wenn du weiter vom Objekt weg bist, ist das Objekt für dich kleiner. Damit rücken dann die einzelnen Beugungsmuster für die verschiedenen Strukturen näher zusammen, und du kannst das nicht mehr so gut unterscheiden.

      Wobei der nicht ganz so perfekte Mensch auch noch Linsenfehler im Auge haben dürfte... ;)
    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
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      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 18.686
      Mir geht es aber rein um die Lichtintensität und nicht um die Differenzierung zweier Punkte, die meines Wissens beim menschlichen Auge <1 Winkelminute ihre grenzen hat.
    • sarc
      sarc
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      Dabei seit: 06.06.2008 Beiträge: 12.197
      Ja, die Intensität nimmt mit steigender Entfernung ab.
    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
      Black
      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 18.686
      Original von sarc
      Ja, die Intensität nimmt mit steigender Entfernung ab.
      Und nochmal gefragt: Welches ist der Hauptfaktor:

      a) beugung an der menschlichen Linse (habe allerdings immer noch noch nicht verstanden, warum das mit der Entfernung zu tun hat. Klar Objekt scheint kleiner, was imo aber eher Richtung c) geht)

      b) Streunung an der Atmosphäre (Abendsonne dunkler als Mittagssonne)

      c) Modell Lichtstrahlen (Energiedichte nimmt mit größerer Entfernung ab)
    • spiegeltaler
      spiegeltaler
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      Dabei seit: 06.05.2006 Beiträge: 608
      hol dir ein gescheites objektiv, dann ist die physik dahinter auch egal
    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
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      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 18.686
      Original von spiegeltaler
      hol dir ein gescheites objektiv, dann ist die physik dahinter auch egal
      hilft mir für meine Physikprüfung aber nicht.
    • Knudsen
      Knudsen
      Bronze
      Dabei seit: 19.07.2005 Beiträge: 4.314
      Hat OP niicht doch Recht? Die Sonne sendet nur endlich viele Photonen aus, und wenn man weit genug weg ist, bekommt man mal zufällig keins ab?
    • Plastichamer
      Plastichamer
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      Dabei seit: 04.11.2009 Beiträge: 2.910
      Genau wie die Wellen sind auch die Photonen nur ein Hilfsmodell mit dem wir bestimmt Effekte eklären können.
      Photonen sind auch nur lichtquanten also eine kleine einheit der lichtintensität.

      Daher sendet die Sonne keine begrenzte Anzahl Photonen aus.

      (mit sicherheit nicht komplett richtig aber vom prinzip her ist es so)
    • StefanNRW
      StefanNRW
      Bronze
      Dabei seit: 15.08.2007 Beiträge: 1.082
      Original von Knudsen
      Hat OP niicht doch Recht? Die Sonne sendet nur endlich viele Photonen aus, und wenn man weit genug weg ist, bekommt man mal zufällig keins ab?
      Für die abnehmende Intensität ist das Wellenbild hilfreicher.

      Stell dir zunächst mal eine eindimensionale Welle vor. Deren Intensität nimmt im Idealfall (keine Streuung) nicht mit der Entfernung ab. Wir bewegen uns die ganze Zeit auf einem Strich, dessen "Fläche" sich nicht verändert. Es geht keine Energie verloren und deshalb kann die Intensität gleich bleiben.

      Nun gehen wir ins zweidimensionale. Es breitet sich eine Kreiswelle aus. Die Fläche des Kreises vergrößert sich mit der Entfernung und sie skaliert mit r. Bei gleichbleibender Intensität hätten wir im Unendlichen eine unendliche Energie. Die Intensität muss also mit 1/r abnehmen.

      Und nun zum hier gefragten Fall. Eine dreidimensionale Welle. Es breitet sich eine Kugelwelle aus. Deren Oberfläche skaliert mit 1/r^2, was der Grund für die abnehmende Intensität der Lichtstrahlen ist mit der Entfernung ist.
    • sarc
      sarc
      Moderator
      Moderator
      Dabei seit: 06.06.2008 Beiträge: 12.197
      Original von wuerstchenwilli
      Original von sarc
      Ja, die Intensität nimmt mit steigender Entfernung ab.
      Und nochmal gefragt: Welches ist der Hauptfaktor:

      a) beugung an der menschlichen Linse (habe allerdings immer noch noch nicht verstanden, warum das mit der Entfernung zu tun hat. Klar Objekt scheint kleiner, was imo aber eher Richtung c) geht)

      b) Streunung an der Atmosphäre (Abendsonne dunkler als Mittagssonne)

      c) Modell Lichtstrahlen (Energiedichte nimmt mit größerer Entfernung ab)
      Wenn das Objekt zu dunkel wird, um es zu sehen c). Sonst a). b) wird irgendwann der begrenzende Faktor für große Teleskope, aber da bewegen wir uns bei einem Durchmesser von > 1m. So große Augenhast du nicht... ;)

      Warum sollte a) eher Richtung c) gehen? Gäbe es das Problem mit der Beugung nicht, könntest du beliebig nah aneinander liegende Objekte sehen. Oder möchtest du dann argumentieren, dass jedes dieser Objekte selber nur "eine begrenzte Anzahl Lichtstrahlen" aussendet und du davon dann irgendwann keinen mehr abkriegst? Diese Vorstellung funktioniert so nicht, da das Auge prinzipiell in der Lage ist, auch sehr geringe Lichtmengen wahrzunehmen (im grünen Spektralbereich geht theoretisch sogar ein einzelnes Photon...).
      Einfaches Beispiel: Schau dir irgendwas mit kleinen Strukturen an. Wäre deine Theorie richtig, müsstest du mit der entsprechenden Beleuchtung jede noch so kleine Struktur auflösen können, weil dann ja mehr Licht bei dir ankommt. Wenn du also mit nem richtig starken Laser auf deine Hand ballerst, solltest du da die Zellen sehen können, weil die ja dann hell genug "leuchten". Das geht aber offensichtlich nicht.
      Wenn die Vorstellung mit dem "wirkt kleiner" zu ungenau ist: Das Rayleigh-Kriterium beschreibt eigentlich die Winkelauflösung, sprich, welchen Winkelunterschied müssen zwei Lichtstrahlen, die von unterschiedlichen Objekten kommen, haben, dass ich die unterscheiden kann (da haben wir die Strahlen wieder...). Es ist klar, dass dieser Abstand dann immer größer werden muss, je weiter du weggehst, damit sich der Winkel nicht verändert.
    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
      Black
      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 18.686
      Widerspruch! Habe nochmal drüber nachgedacht. Die Sonne ist mittags und abends genau gleich weit weg und genau gleich groß. Trotzdem ist sie abends wesentlich dunkler. Dies kann nur an der Streuung in der Atmosphäre liegen.

      Dass man zwei sehr nah aneinanderliegende Dinge nicht getrennt wahrnehmen kann, liegt doch daran, dass unsere Netzhaut-Nervensystem dazu nicht in der Lage ist und nichts mit der Intensität. Genauso kann ich am Rücken auch zwei Reize nicht getrennt wahrnehmen, wenn sie zu dicht aneinanderliegen, egal wie heftig sie sind. Ich verstehe irgendwie nicht, was du mir mit der Beugung sagen willst. Gebeugt wird es an der Linse doch immer. Egal ob nah dran oder weit weg. Aber nur genau einmal. warum soll dann die Intensität bei weitentfernten Dinge stärker abnehmen???
    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
      Black
      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 18.686
      Original von StefanNRW

      Und nun zum hier gefragten Fall. Eine dreidimensionale Welle. Es breitet sich eine Kugelwelle aus. Deren Oberfläche skaliert mit 1/r^2, was der Grund für die abnehmende Intensität der Lichtstrahlen ist mit der Entfernung ist.
      Damit wäre mein Strahlenbild ja doch wieder richtig. Und b) und c) sind imo die Hauptgründe für die abnehmende Lichtintensität.
    • Kugelfang
      Kugelfang
      Bronze
      Dabei seit: 24.05.2005 Beiträge: 5.942
      Du musst halt deine Modelle genauer definieren.
      Wenns dir um die Lichtausbreitung an sich ohne Störgrößen geht nimmt die Intensität schon mal per se um 1/r² ab (3-d-Welle)

      Sobald man reale Bedingungen, also nicht das Vakuum, annimmt kommen eben Störgrößen dazu - Absorbation & Streuung an Teilchen in der Luft.
      Zu deinem Sonnenbeispiel: Abends müssen die Sonnenstrahlen über eine längere Strecke durch die Atmosphäre als Tagsüber und werden unter einem anderen Winkel gebrochen. Deswegen sind auch Sonnenuntergänge rot (Streuung hängt von der Wellenlänge ab). Wobei das auch nicht ganz so simpel ist, Ozon zB wirkt als Blaufilter (absorbiert alles außer blau stärker als blau)

      Wenn es dir dann auch noch um die Wahrnehmung durch den Menschen geht spielt das Rayleigh-Kriterium durch aus eine Rolle, lies dich da einfach selbst durch:
      http://de.wikipedia.org/wiki/Rayleigh-Kriterium
      http://de.wikipedia.org/wiki/Aufl%C3%B6sungsverm%C3%B6gen
    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
      Black
      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 18.686
      Der Beweggrund meiner Frage war eigentlich der, dass ich bei einer Kamera die Belichtungszeit oder die Blende vergrößern muss, wenn ich zoome. Gehe ich allerdings näher ran und habe das Objekt genau so groß abgelichtet wie wenn ich gezoomed hätte, dann kann ich Blende und belichtungszeit bei gleicher Lichtintensität belassen.
    • sarc
      sarc
      Moderator
      Moderator
      Dabei seit: 06.06.2008 Beiträge: 12.197
      Dass man zwei sehr nah aneinanderliegende Dinge nicht getrennt wahrnehmen kann, liegt doch daran, dass unsere Netzhaut-Nervensystem dazu nicht in der Lage ist und nichts mit der Intensität.
      Ja. Und jetzt rate mal, worauf unsere Evolution die Netzhaut getrimmt hat? Also die Größe eines "Netzhaut-Pixels", wenn du so willst. Ziemlich genau auf das Beugungslimit, das sich für die Linse im Auge ergibt, weil ne feinere Auflösung einfach physikalisch nicht möglich wäre, selbst wenn das Auge das auflösen könnte.

      Aber, weil du ja gerne nachdenkst, hab ich auch noch ne Frage an dich. :) Deinen frühen Theorien nach kann man ja Sachen schlechter sehen, wenn die Intensität zu niedrig wird. Warum ist es dann so, dass man Details nicht mehr so gut sehen kann, wenn die Intensität zu hoch wird? (Beispielsweise kannst du mal mit ner starken Sonnenbrille in ne Glühbirne gucken und wirst feststellen, dass du dann sogar den Glühdraht sehen kannst...)
    • wuerstchenwilli
      wuerstchenwilli
      Black
      Dabei seit: 07.04.2008 Beiträge: 18.686
      Gute Frage. ich denke es ist eine Art reizüberflutung. Ähnlich bei Farben. Wenn man lange auf Blau schaut, dann hat man auch ein gestörtes Farbwahrnehmen, da die Zapfen auf Blau getrimmt sind.
    • StefanNRW
      StefanNRW
      Bronze
      Dabei seit: 15.08.2007 Beiträge: 1.082
      Original von Kugelfang
      Du musst halt deine Modelle genauer definieren.
      Wenns dir um die Lichtausbreitung an sich ohne Störgrößen geht nimmt die Intensität schon mal per se um 1/r² ab (3-d-Welle)

      Sobald man reale Bedingungen, also nicht das Vakuum, annimmt kommen eben Störgrößen dazu - Absorbation & Streuung an Teilchen in der Luft.
      Zu deinem Sonnenbeispiel: Abends müssen die Sonnenstrahlen über eine längere Strecke durch die Atmosphäre als Tagsüber und werden unter einem anderen Winkel gebrochen. Deswegen sind auch Sonnenuntergänge rot (Streuung hängt von der Wellenlänge ab). Wobei das auch nicht ganz so simpel ist, Ozon zB wirkt als Blaufilter (absorbiert alles außer blau stärker als blau)
      Genau so :-)
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