Transcript PowerPoint Folien

Die Physik der Farben
Christof Aegerter
Elektromagnetische Wellen (Spektrum)
Additive/Subtraktive Farbmischung
Pigmente – Chemie
der Farben
Absorption
im Auge –
Biologie der
Farben
Farbmischpalette
Rayleigh Streuung (blauer Himmel )
Streu-Querschnitt geht mit w4
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
30 mm
1.6 mm
1.5 mm
Cuticle is secreted from the ER…
Ghiradella, J. Morphology (1989)
Je nach Wegunterschied, interferiert das
Licht konstruktiv oder destruktiv
Wenn die Dicke der Schicht etwa der
Wellenlänge entspricht, kann Interferenz
auftreten
konstruktive Interferenz
destruktive Interferenz
Wenn wir die Lichtpfadlänge berechnen
erhalten wir konstruktive Interferenz für
(m+1/2) l = 2 d n
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
Künstlich hergestellte Interferenzfarben
http://hellomaterialsblog.ddc.dk/2013/05/13/chromic-phenomena-colour-and-lightmanipulation-in-materials-inspired-by-nature/
Zusammenspiel von Pigmenten und
Interferenzfarben
1.
Saenko S., Teyssier J., van der Marel D. & M. C. Milinkovitch
Precise co-localisation of interacting structural and pigmentary elements generates extensive colour pattern variation in Phelsuma lizards
BMC Biology 2013, 11: 105
Dies kommt häufig in FluoreszenzMikroskopen zum Einsatz. Dazu wird ein
dichroider Spiegel benützt.
Dichroider Spiegel
reflektiert das
anregende (blaue)
Licht und lässt das
emittierte (grüne)
Licht durch
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) = d(Ghkl)
Fourier-Transformation eines Gitters
Röntgenbeugung
Winkel gibt
zusammen mit
P den
Durchmesser
der Helix
P
q
Abstand
proportional
zu 1/P
Beugungsmuster von B-DNA
Ordnung entsteht natürlich bei hoher
Konzentration - Kolloidkristalle
Gibt eine schöne Brücke zur Entropie:
Der Kristall ist der Zustand
maximaler Entropie! Mehr
mögliche mikroskopische
Zustände im Kristall durch
höhere Packungsdichte.
Illustration von Boltzmann’s
Entropie, wo die
Wahrscheinlichkeit W die
Anzahl der mikroskopischen
Zustände für einen
gegebenen Makrozustand ist
Kristallisation von harten Kugeln
https://www.sciencemag.org/content/292/5515/258.full
Der “Glory-Effekt” oder Heiligenschein
Das ist ein Beugungsmuster und kein Regenbogen! 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: N
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 Wellenlängenabhängigkeit der Streuung
R. Wehner, Schweiz Med Wochenschr 2000;130: N