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

http://apod.nasa.gov/apod/image/0408/ring_lewin_big.jpg

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