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Lichtleiter 06:33 min

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Transkript Lichtleiter

Lukas und Paula möchten sich geheime Nachrichten schicken. Dafür haben sie in der Schule einen Lichtcode ausgemacht, der Worte in Lichtblitze mit der Taschenlampe übersetzt. Leider wohnen die beiden weit auseinander und zwischen ihnen liegen einige Straßenecken.

Videoübersicht

Da sich Licht aber immer geradlinig ausbreitet, kommt es also nicht um diese Straßenecken. Ist das nun das Ende der Licht-Geheimcodes? Lass uns gemeinsam herausfinden, wie man die Lichtcodes an ihr Ziel bringen kann. Zuvor wiederholen wir, wann Licht total reflektiert wird. Und was die Totalreflexion mit einem so genannten Lichtleiter zu tun hat. Zum Schluss klären wir, was man unter einem Glasfaserkabel versteht.

Wiederholung zur Totalreflexion

Zur Totalreflexion von Licht kommt es, wenn Licht auf die Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlich dichten Medien trifft. Das Licht wird dann total reflektiert, wenn es aus dem optisch dichteren Medium kommt. Außerdem muss der Einfallswinkel größer sein als der spezielle Grenzwinkel der beiden benachbarten Medien.

Ist der Einfallswinkel kleiner als dieser Grenzwinkel, wird nur ein Teil des einfallenden Lichtes reflektiert. Je größer der Einfallswinkel, desto größer auch dieser reflektierte Anteil. Dieser Effekt der Totalreflexion funktioniert nicht nur einmal. Licht kann auch mehrfach total reflektiert werden. Dann bewegt es sich in einer Zickzackbewegung vorwärts.

Der Lichtleiter

Genau das passiert in einem so genannten Lichtleiter. Ein Lichtleiter besteht aus zwei optisch unterschiedlich dichten Medien. Das optisch dichtere Medium, beispielsweise ein Glasstab, wird von einem optisch dünneren Medium ummantelt. Hier wäre das die Luft um den Glasstab herum.

Nun muss Licht in einem Winkel, der größer ist als der Grenzwinkel der beiden Medien in den Lichtleiter, in diesem Fall den Glasstab eintreten. Dann wird es im Inneren des Stabes am Übergang Glas zu Luft total reflektiert. Nach der ersten Totalreflexion trifft es auf die gegenüberliegende Seite und wieder auf den Medienübergang Glas zu Luft. So wird das Licht mehrfach total reflektiert und bewegt sich gefangen im Lichtleiter weiter.

Die Glasfaser

Vielleicht hast du im Zusammenhang mit eurem Telefon oder Fernseher schon einmal etwas von Glasfasern gehört. Sie arbeiten mit dem Trick des Lichtleiters. Nur nutzen sie nicht den Medienübergang Glas Luft, sondern den Übergang zwischen unterschiedlich optisch dichten Glassorten. Im Inneren der Glasfaser befindet sich ein optisch dichterer Glaskern, der von einem Optisch dünneren Glasmantel umhüllt ist.

Eine solche Glasfaser ist nicht so starr wie ein Glasstab, sondern flexibel und biegsam. Man kann damit Licht praktisch um die Ecke leiten. Denn das Licht wird entlang der Glasfaser immer wieder total reflektiert. Es kann seitlich nicht entweichen. Deshalb verlässt es die Glasfaser erst am anderen Ende.

Und damit hätten wir eine Lösung für das Lichtcode-Problem von Paula und Lukas. Man könnte einer Glasfaser zwischen den Häusern der beiden Freunde verlegen. Tatsächlich befinden sich solche Glasfasern wahrscheinlich auch unter der Straße vor deinem Haus. Genau genommen ein ganzer Glasfaser-Strauß.

Lichtsignale beim Telefonieren

Dieses dicke Bündel aus vielen einzelnen Glasfasern nennt man Glasfaserkabel. Glasfaserkabel werden beispielsweise zum Telefonieren benutzt. Das Gesprochene wird elektrisch aufgenommen und in Lichtsignale, wie bei Paula und Lukas umgewandelt. Das Lichtsignal wird dann wieder in das Gesprochene übersetzt.

Glasfaserkabel bei einer Operation

Auch Ärzte nutzen Glasfaserkabel. Und zwar, um Licht in das dunkle Innere des Körpers zu bringen. Das schafft ein so genanntes Endoskop - eine ganz besondere Kamera. Ein Glasfaserkabel leitet Licht in das Körperinnere. Das Zweite bringt die Bilder des beleuchteten Inneren zum Auge des operierenden Arztes.

Glasfaserkabel helfen also überall dort, wo Licht in verzwickte, verwinkelte Stellen gelangen muss: sowohl beim Telefonieren und Fernsehen, als auch beim Operieren. Lass uns abschließend zusammenfassen, was du über Lichtleiter gelernt hast:

Zusammenfassung zur Lichtleiter

Licht, das aus einem optisch dichteren Medium auf die Grenzfläche zu einem optisch dünneren Medium trifft, kann mehrfach reflektiert werden, wenn sein Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel ist. Das macht sich ein Lichtleiter zu Nutze. In ihm wird das Licht in einer Zickzackbewegung an das Ende des Lichtleiters bewegt.

Eine Glasfaser ist ein flexibler Lichtleiter. Sie besteht aus optisch unterschiedlich dichten Glassorten. Einem optisch dichten Glaskern und einem optisch dünneren Glasmantel. Ein Bündel aus mehreren Glasfasern wird Glasfaserkabel genannt. Es findet seine Anwendung beispielsweise bei der Übertragung von Telefonaten, Fernsehbildern oder in der Medizin.

Lichtleiter selbst bauen

Du kannst dir auch selbst einen Lichtleiter bauen. Dafür brauchst du eine durchsichtige PET-Flasche, die du halb mit Wasser füllst. Gib einige Tropfen Milch hinein, damit wird der Lichtweg sichtbar. Leg die Flasche auf die Seite und leuchte mit einem Laserpointer hinein. Nun musst du nur noch den richtigen Einfallswinkel finden. Viel Spaß!

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