Sexl Physik 7, Schulbuch

15 | Neben den klassischen Anwendungen in der Nachrichtentechnik werden Lichtwel­ lenleiter zur Datenübertragung zwischen Großrechnern und deren Peripheriege­ räten, in Bordsystemen an Flugzeugen, Schiffen, Kraftfahrzeugen, in der Mess, Steuer und Regelungstechnik sowie für Kabelfernsehen und Gemeinschaftsanten­ nenanlagen verwendet. Glasfaserkabel werden auch in der Medizin für endoskopische Untersuchungen eingesetzt. Zunächst wird über eine Glasfaser Licht in den zu untersuchenden Raum (z. B. den Magen) geleitet. Über ein weiteres Kabel, den Bildleiter, wird das Bildsignal nach außen geleitet ( 14.5 ). Dieses Kabel besteht aus vielen Tausenden Glasfasern, von denen jedes ein Helligkeits und Farbsignal liefert, so dass in der Gesamtheit ein Bild entsteht. Statt des Bildleiters kann auch ein elektrisches Kabel mit einem CCDSensor verwendet werden. Untersuche, überlege, forsche: Glasfaserkabel 15.1 Informiere dich über weitere Verwendungsmöglichkeiten von Lichtleitern. 15.2 Welche technischen Probleme gibt es, wenn die Lichtimpulse über lange Strecken geleitet werden? Warum ersetzt man nicht alle Kupferkabel durch Glasfaserkabel? 15.3 Glasfaserkabel werden zur Datenübertragung zwischen den Kontinenten verwen- det. Welche Verbindungen bestehen aktuell? Welche Probleme treten bei dieser Form der Übertragung auf? Welche anderen Übertragungsmöglichkeiten gibt es? Welchen Vorteil bietet die Übertragung mit Glasfaserkabeln? Reflexion und Brechung in der Atmosphäre Die Brechzahl von Luft hat für gelbes Licht auf Meeresniveau und bei 20 °C den Wert n = 1,000 292 . Bei abnehmender Luftdichte und daher mit steigender Tem­ peratur wird sie kleiner. Führt der Lichtweg durch unterschiedliche Luftschich­ tungen und ist er genügend lang, so kann es zu einer Krümmung des Lichtwegs oder zur Totalreflexion des Lichts an atmosphärischen Schichten kommen. Beispiel 1: Die atmosphärische Strahlenbrechung Das Licht der Sterne muss auf seinem Weg zur Erde die Atmosphäre durch­ queren. Da die Dichte der Luft nach unten hin immer mehr anwächst, die Brechzahl daher immer mehr zunimmt, wird ein schräg einfallender Lichtstrahl fortlaufend zum Lot hin gebrochen und gekrümmt ( 15.1 ). Da das Auge eine Li­ chtquelle stets in der rückwärtigen Verlängerung des einfallenden Strahls sieht, erscheinen alle Sterne mehr oder weniger angehoben. Diese Anhebung kann in der Nähe des Horizontes bis zu einem halben Grad betragen. Die in geometrisch­ er Hinsicht bereits untergegangene Sonne ist daher wegen der atmosphärischen Strahlenbrechung noch voll sichtbar! Da der untere Sonnenrand durch die Bre­ chung stärker angehoben wird als der obere, erscheint die Sonne am Horizont abgeplattet. Beispiel 2: Fata Morgana und Luftspiegelung Wird der Erdboden durch Sonnenbestrahlung stark erwärmt, so bildet sich un­ mittelbar über dem Boden eine warme Luftschicht. Lichtstrahlen, die schräg auf diese heiße Luftschicht auftreffen, werden gekrümmt ( 15.2 ). Die heiße Luftschicht wirkt gewissermaßen als Spiegel und kann bei hellem Himmel eine Wasserfläche vortäuschen. Diese Erscheinung ist häufig an heißen Tagen auf Asphaltstraßen zu beobachten ( 15.3 ) und als Fata Morgana bekannt ( 15.4 ). An heißen Tagen bildet sich in größerer Höhe eine ausgedehnte warme Luft­ schicht geringer Dichte aus. An dieser Schicht werden schräg auftreffende Strahlen reflektiert. Ferne Landschaften, mit freiem Auge oft nicht sichtbar, hängen gespenstisch am Himmel. L 1 L 2 B 15.1 Infolge der atmosphärischen Brechung scheinen Sterne höher (L 1 ) über dem Horizont zu sein als sie es tatsächlich sind (L 2 ). 15.2 Entstehung einer Luftspiegelung: Die Luftschicht in Bodennähe ist wärmer (optisch dünner) als die darüber liegende (optisch dichtere). Ein Lichtstrahl, der aus der kälteren Schicht kommt, wird an den wärmeren, boden- nahen Schichten reflektiert und gekrümmt. Voraussetzung ist, dass die Schichtung stabil ist. 15.3 Hier wird die unterste Luftschicht durch den heißen Asphalt der dunklen Straße stark erhitzt, so dass sich der Himmel darin spiegelt. 15.4 Fata Morgana über dem Meer Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv