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Die Physik der Farben Christof Aegerter

Die Physik der Farben Christof Aegerter. Elektromagnetische Wellen (Spektrum)

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Die Physik der Farben

Christof Aegerter

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Elektromagnetische Wellen (Spektrum)

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Additive/Subtraktive Farbmischung

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Pigmente – Chemieder Farben

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Absorption im Auge – Biologie der Farben

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Farbmischpalette

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Rayleigh Streuung (blauer Himmel )

Streu-Querschnitt geht mit 4

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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

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Die blaue Färbung von Morpho Menelaus:

Ist KEIN Pigment

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Machen wir ein Experiment:

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Wenn der Alkohol weg ist ist er wieder blau

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Mit der richtigen Flüssigkeit wird er transparent!

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Auf kleinen Skalen hat der Flügel periodische Strukturen, die das Licht brechen und relektieren

1.5 m

30 m

1.6 m

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Cuticle is secreted from the ER…

Ghiradella, J. Morphology (1989)

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Je nach Wegunterschied, interferiert das Licht konstruktiv oder destruktiv

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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

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Die Spektrale Auflösung wird

schärfer wenn wir mehrere

Schichten hintereinander

schalten

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Für viele Schichten in Reihe ergibt das eine scharfe Reflektivität für bestimmte Wellenlängen

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Andere Beispiele von Interferenzfarben

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http://hellomaterialsblog.ddc.dk/2013/05/13/chromic-phenomena-colour-and-light-manipulation-in-materials-inspired-by-nature/

Künstlich hergestellte Interferenzfarben

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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

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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.

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Der gleiche Effekt verleiht Seifenblasen und CDs ihren Schimmer

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Benützen einer CD als Spektrometer

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http://www.olympusmicro.com/primer/lightandcolor/lightsourcesintro.html

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Opale zeigen auch Interferenzfarben – kommt durch periodische Anordnung kleiner Teilchen

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Bragg-Peaks I(q) = (Ghkl)

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Fourier-Transformation eines Gitters

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Winkel gibt zusammen mit P den Durchmesser der Helix

Abstand proportional zu 1/P

Röntgenbeugung

P

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Beugungsmuster von B-DNA

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Ordnung entsteht natürlich bei hoher Konzentration - Kolloidkristalle

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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.

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Kristallisation von harten Kugeln

https://www.sciencemag.org/content/292/5515/258.full

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Der “Glory-Effekt” oder Heiligenschein

Das ist ein Beugungsmuster und kein Regen-bogen! Die Winkelöffnung ist durch die Teilchengrösse gegeben

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Regenbogen

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Einzelner Regentropfen

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Navigation mit Polarization: Wüstenameise Cataglyphis

http://www.sciencemag.org/content/vol312/issue5782/images/data/1965/DC1/1126912s1.mov

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Schnelle Rückkehr zum Nest

R. Wehner, Schweiz Med Wochenschr 2000;130: Nr 8

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Polarization durch Streuung im Himmel (Rayleigh Streuung)

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Polarisationsmuster

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Streuung vor allem im Blauen – gibt die Farbe des Himmels

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Anatomie der Ameisenaugen zum Polarisationssehen

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Geordnete Strukturen um polarisiertes Licht zu sehen

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Funktioniert nur im nahen UV gegeben durch Wellenlängen-abhängigkeit der Streuung

R. Wehner, Schweiz Med Wochenschr 2000;130: Nr 8