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Physik · Optik
Warum Körper farbig, heiß oder durchsichtig sind, wie du mit dem Lambert-Beer-Gesetz Extinktion und Transmission rechnest und wie das Pulsoxymeter Sättigung und Puls misst.
Absorbiert ein Stoff Licht, verschwindet es aus dem Strahl, die Energie bleibt im Stoff, meist als Wärme. Welche Wellenlängen er schluckt, bestimmt seine Farbe. Wie viel er schluckt, beschreibt das Lambert-Beer-Gesetz.
Bei undurchsichtigen Körpern siehst du die Wellenlängen, die sie reflektieren, nicht die, die sie absorbieren. Blut ist rot, weil Hämoglobin Blau und Grün schluckt, ein Blatt grün, weil Chlorophyll Rot und Blau schluckt.
Absorbiert heißt: Der Körper nimmt das Licht auf, es gibt keine Transmission. Darum heizt sich ein schwarzes Auto in der Sonne auf, ein weißer Kittel kaum: Die geschluckte Energie regt Elektronen an oder lässt Atome schwingen und wird zu Wärme.
Transparent ist ein Stoff, wenn sich seine Elektronen durch sichtbares Licht kaum anregen lassen und er nicht streut, wie Hornhaut, Linse und Wasser. Fensterglas hält den größten Teil des UV-B zurück, lässt aber einen Teil des UV-A durch.
Im Auge müssen Hornhaut, Linse und Glaskörper transparent sein. Absorbiert wird das Licht erst in den Photorezeptoren, und das löst das Sehen aus. → Ausführlich in: Optik des Auges
Im Photometer schickst du Licht einer Wellenlänge durch eine Lösung in einer Küvette. Ein Detektor misst dahinter die Intensität I und vergleicht sie mit der Eingangsintensität I₀.
E = log₁₀(I₀ / I) = ε · c · d
T = I / I₀ = 10−ETransmission: der Anteil, der durchkommt
Beispiel mit ε = 500 L/(mol·cm), c = 0,001 mol/L, d = 1 cm: E = 0,5 und T = 10−0,5 ≈ 0,316, also kommen rund 32 % an. Bei doppelter Konzentration oder Schichtdicke steigt E auf 1,0, und T fällt auf 10 %.
E wächst linear mit c und d, die Intensität fällt exponentiell. Nach jeder Halbwertsdicke d½ ist sie halbiert: 50 %, 25 %, 12,5 %. In e-Schreibweise gilt T = e−μ·d mit μ = ln 10 · ε · c und d½ = ln 2 / μ.
Der Clip am Finger durchleuchtet das Gewebe mit rotem und infrarotem Licht. Sauerstoffbeladenes und sauerstoffarmes Hämoglobin absorbieren beide verschieden stark, aus dem Verhältnis folgt die Sauerstoffsättigung (normal etwa 95–99 %).
Weil die Absorption im Pulstakt schwankt, trennt das Gerät arterielles Blut vom Gewebe und liest den Puls ab.
Beschriftbare Abbildung
Deine AufgabeBenenne die Stationen von der Lichtquelle bis zum Detektor und sage voraus, was der Detektor bei doppelter Konzentration anzeigt.
Tippe auf eine Beschriftung in der Abbildung, um ihre Erklärung zu lesen.
Interaktive Darstellung
Deine AufgabeVerändere d und μ, berechne die Transmission vorab und lies am Verlauf ab, nach welcher Dicke die Intensität jeweils halbiert ist.
