Lichtleiter: Glasfaser und Endoskop
In einer dünnen Glasfaser wird Licht immer wieder totalreflektiert. So folgt es auch Biegungen.
Das lernst du heute
- Ich kann erklären, wie ein Lichtleiter Licht führt.
- Ich kann den Aufbau von Glasfaser und Endoskop beschreiben.
- Ich kann Anwendungen nennen.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Totalreflexion: Wenn Licht nicht hinauskommt
Eine Glasfaser ist ein sehr dünner Faden aus Glas. Sie besteht aus einem Kern und einem Mantel. Der Kern ist optisch dichter als der Mantel. Licht, das sehr schräg auf die Wand des Kerns trifft, wird dort totalreflektiert. Es springt von Wand zu Wand und läuft so durch die ganze Faser, auch um Kurven. Solche Fasern heißen Lichtleiter. Sie transportieren Informationen als Lichtsignale, zum Beispiel für Telefon und Internet. Ein einfaches Endoskop enthält zwei Bündel aus Lichtleitern. Ein Bündel leuchtet das Innere eines Hohlraums aus. Das andere Bündel leitet das Bild zurück. Viele moderne Endoskope haben statt des Bildbündels eine winzige Kamera an der Spitze, das Licht kommt aber weiter durch Lichtleiter. So können Ärzte in den Körper oder Fachleute in Rohre und Motoren sehen, ohne alles zu öffnen.
Wie Licht in der Faser bleibt
- Das Licht tritt am Anfang in die Faser ein.
- Es trifft sehr schräg auf die Wand von Kern und Mantel.
- Der Einfallswinkel ist größer als der Grenzwinkel: Totalreflexion.
- Das wiederholt sich bis zum Ende, auch in einer Kurve.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Das Licht springt in der Faser hin und her.
So kommt es am anderen Ende an.
Auch in einer Kurve.
Ein Beispiel
Beim Arzt kann eine Untersuchung mit einem Endoskop nötig sein. Ein dünner Schlauch mit Lichtleitern zeigt, was im Körper los ist. Oft muss man dafür nicht operieren.
Schritt für Schritt
Wir verfolgen das Licht im Lichtleiter.
- Das Licht tritt in den Kern ein.
- Es trifft die Wand zum Mantel sehr schräg.
- Totalreflexion: Es wird zurückgeworfen.
- So erreicht es das Ende der Faser.
Mit einem Bild erklärt
| Anwendung | Aufgabe des Lichtleiters |
|---|---|
| Internet und Telefon | Daten als Lichtsignale übertragen |
| Endoskop | ausleuchten und Bild zurückleiten |
| Dekoration | Licht an die Spitzen der Fasern leiten |
Zur Grundlage zurück
- Totalreflexion: Wenn Licht nicht hinauskommt – Du kennst Totalreflexion und Grenzwinkel.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Zeig mir den ersten Schritt
Erinnere dich an die Lektion zur Totalreflexion.
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Lösung: Es wird an der Wand immer wieder totalreflektiert.
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Zeig mir den ersten Schritt
Was soll die Ärztin sehen können?
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Lösung: Es leitet das Bild zurück.
Tipp: Eine Glasfaser darf nicht zu stark geknickt werden. Sonst bricht sie, oder das Licht trifft zu steil auf die Wand und tritt aus.
Merksatz: Lichtleiter führen Licht durch Totalreflexion. Ein Endoskop hat ein Bündel zum Beleuchten und ein Bündel für das Bild.
Typischer Fehler: Viele denken, in der Faser fließe das Licht wie Wasser im Schlauch. In Wirklichkeit wird es immer wieder an der Wand reflektiert.
Mini-Quiz
5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
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Lösung: Stimmt
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Lösung: Aus Kern und Mantel
Frage 3 Im Lichtleiter trifft Licht mit 70° auf die Wand. Der Grenzwinkel beträgt 42°. Wie groß ist der Reflexionswinkel? Schreibe nur die Zahl.
Zeig mir den ersten Schritt
70° ist größer als der Grenzwinkel. Es gilt das Reflexionsgesetz.
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Lösung: 70
Bei Totalreflexion sind Einfalls- und Reflexionswinkel gleich: 70°.
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Lösung: Für Internet und Telefon
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Lösung: Stimmt nicht
Geschafft
In einer Glasfaser läuft Licht durch wiederholte Totalreflexion. Das Licht folgt auch Kurven. Lichtleiter übertragen Daten und beleuchten und zeigen Bilder im Endoskop.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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