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Die Physik der Farben
Christof Aegerter
Elektromagnetische Wellen (Spektrum)
Additive/Subtraktive Farbmischung
Pigmente – Chemieder Farben
Absorption im Auge – Biologie der Farben
Farbmischpalette
Rayleigh Streuung (blauer Himmel )
Streu-Querschnitt geht mit 4
Warum werden blaue Augen rezessiv vererbt?
Es gibt kein blaues Pigment! Blaue Augen sind durch Rayleigh Streuung gefärbt. Das Fehlen des Pigments muss darum bei beiden Allelen vorliegen
Die blaue Färbung von Morpho Menelaus:
Ist KEIN Pigment
Machen wir ein Experiment:
Wenn der Alkohol weg ist ist er wieder blau
Mit der richtigen Flüssigkeit wird er transparent!
Auf kleinen Skalen hat der Flügel periodische Strukturen, die das Licht brechen und relektieren
1.5 m
30 m
1.6 m
Cuticle is secreted from the ER…
Ghiradella, J. Morphology (1989)
Je nach Wegunterschied, interferiert das Licht konstruktiv oder destruktiv
konstruktive Interferenz destruktive Interferenz
Wenn wir die Lichtpfadlänge berechnen erhalten wir konstruktive Interferenz für
(m+1/2) = 2 d n
Wenn die Dicke der Schicht etwa der Wellenlänge entspricht, kann Interferenz
auftreten
Die Spektrale Auflösung wird
schärfer wenn wir mehrere
Schichten hintereinander
schalten
Für viele Schichten in Reihe ergibt das eine scharfe Reflektivität für bestimmte Wellenlängen
Andere Beispiele von Interferenzfarben
http://hellomaterialsblog.ddc.dk/2013/05/13/chromic-phenomena-colour-and-light-manipulation-in-materials-inspired-by-nature/
Künstlich hergestellte Interferenzfarben
Zusammenspiel von Pigmenten und Interferenzfarben
1. Saenko S., Teyssier J., van der Marel D. & M. C. MilinkovitchPrecise co-localisation of interacting structural and pigmentary elements generates extensive colour pattern variation in Phelsuma lizardsBMC Biology 2013, 11: 105
Dichroider Spiegel reflektiert das anregende (blaue) Licht und lässt das emittierte (grüne) Licht durch
Dies kommt häufig in Fluoreszenz-Mikroskopen zum Einsatz. Dazu wird ein dichroider Spiegel benützt.
Der gleiche Effekt verleiht Seifenblasen und CDs ihren Schimmer
Benützen einer CD als Spektrometer
http://www.olympusmicro.com/primer/lightandcolor/lightsourcesintro.html
Opale zeigen auch Interferenzfarben – kommt durch periodische Anordnung kleiner Teilchen
Bragg-Peaks I(q) = (Ghkl)
Fourier-Transformation eines Gitters
Winkel gibt zusammen mit P den Durchmesser der Helix
Abstand proportional zu 1/P
Röntgenbeugung
P
Beugungsmuster von B-DNA
Ordnung entsteht natürlich bei hoher Konzentration - Kolloidkristalle
Gibt eine schöne Brücke zur Entropie:
Illustration von Boltzmann’s Entropie, wo die Wahrscheinlichkeit W die Anzahl der mikroskopischen Zustände für einen gegebenen Makrozustand ist
Der Kristall ist der Zustand maximaler Entropie! Mehr mögliche mikroskopische Zustände im Kristall durch höhere Packungsdichte.
Kristallisation von harten Kugeln
https://www.sciencemag.org/content/292/5515/258.full
Der “Glory-Effekt” oder Heiligenschein
Das ist ein Beugungsmuster und kein Regen-bogen! Die Winkelöffnung ist durch die Teilchengrösse gegeben
Regenbogen
Einzelner Regentropfen
Navigation mit Polarization: Wüstenameise Cataglyphis
http://www.sciencemag.org/content/vol312/issue5782/images/data/1965/DC1/1126912s1.mov
Schnelle Rückkehr zum Nest
R. Wehner, Schweiz Med Wochenschr 2000;130: Nr 8
Polarization durch Streuung im Himmel (Rayleigh Streuung)
Polarisationsmuster
Streuung vor allem im Blauen – gibt die Farbe des Himmels
Anatomie der Ameisenaugen zum Polarisationssehen
Geordnete Strukturen um polarisiertes Licht zu sehen
Funktioniert nur im nahen UV gegeben durch Wellenlängen-abhängigkeit der Streuung
R. Wehner, Schweiz Med Wochenschr 2000;130: Nr 8