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Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2016, PD Dr.-Ing. Guido Falk
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität des Saarlandes
HANDOUT
Vorlesung:
Glas-Grundlagen
Optische Eigenschaften
von Gläsern
14.07.2016
Leitsatz: „... die Themen der klassischen Optik wie Brechung, Reflexion, Transmission, Farbe angesprochen. Aber die Eigenschaften der Gläser und ihrer Schmelzen im IR-Bereich sind nicht weniger wichtig. Dies gilt z. B. für das Bauingenieurwesen und die Automobilbranche, wo die Kontrolle des Strahlungswärmeflusses in Gebäude, Autos, etc. hinein bzw. aus ihnen heraus wichtig ist. Sehr viel Energie wird z. B. weltweit zum Heizen oder Kühlen von Gebäuden eingesetzt. Darüber hinaus hängt die Ener-gieübertragung vom Energieträger auf die Glasschmelze im industriellen Her-stellungsprozess oder das Erwärmen und Abkühlen beim Verformungsprozess wesentlich von den spektralen Eigenschaften des Glases im IR-Bereich ab.“
Prof. Dr. rer. nat. R. Conradt, RWTH Aachen
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„Glas-Grundlagen“
„Optische Eigenschaften von Gläsern“
Ziele
Inhalte
Grundlagen EM-Strahlung und optischer Bereich Grundlagen zur Dielektrischen Funktion
Brechungsindex und Fresnel-Gleichungen Grundlagen, exp. Methoden und Anwendungen
Optische Gläser und Trübgläser Kennzeichen und Beispiele
Absorptionsverhalten von Gläsern Mechanismen und Mikrostruktureinfluss
Material- und werkstoffwissenschaftliche Grundlagen der opti-schen Eigenschaften von Gläsern herleiten können
ð Grundlagen der Wechselwirkung von Gläsern mit elektromag-netischen Wellen ableiten können (Strahlung/opt. Bereich)
ð Brechungsindex von Gläsern: Grundlagen, experimentelle Be-stimmung und Anwendungen
ð Optische Gläser und Trübgläser bewerten können ð Absorptionsverhalten von Gläsern einordnen können
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Lerntafel 1 Grundlagen EM-Strahlung und opt. Bereich
Elektromagnetisches Spektrum, Frequenzbereiche nach [2]
Dielektrische Funktionen
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Einteilung optischer Strahlung
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Lerntafel 2 Brechungsindex und Fresnel-Gleichungen
Historische Entwicklung der Gläser
Abbe-Diagramm
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Definition Brechungsindex
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Fraunhofer Linien (Auswahl)
Diskussion der Amplitudenverhältnisse
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Brewster-Winkel
Reflexion bei schräger Inzidenz
Reflexion bei schräger Inzidenz nach Clasen (Fresnel Gleichungen)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 20 40 60 80
Rs, n=1,5
Rp, n=1,5
Rs, n=2,0
Rp, n=2,0
Rs, n=2,5
Rp, n=2,5
Ref
lexi
on
Einfallswinkel [Grad]
Reflexion bei schräger Inzidenz (Fresnel-Gleichungen)
Reflexe Fresnelformel (Glas I -opt. Eigenschaften)
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Reflexion an der Grenzfläche Luft-Glas
Experimentelle Bestimmung des Brechungsindex
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1
Ref
lexi
on
BrechungsindexReflexion = f(n) (Glas I - opt. Eigenschaften)
Reflexion an einer Grenzfläche Luft-Glas
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Abbé-Refraktometer
Refraktometer nach Jelly
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Vergleich Brechungsindex Glas und Polymere
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Lerntafel 3 Optische Gläser und Trübgläser
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Merke:
Brechungsindex ausgewählter optischer Gläser als Funktion der Dichte nach Clasen
1,45
1,5
1,55
1,6
1,65
1,7
1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
BariumglasSilikatglasBoratglas
Dichte [g/mL]
Brec
hung
sind
ex n D
nach: Y. Tang et al., J. Non-Cryst. Sol 189 (1995)251-257
Na/Ba-Boro-/Silikatgläser
Na/Ba-Boro-/Silikatgläser (Glas I - opt. Eigenschaften)
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Lerntafel 4 Absorptionsverhalten von Gläsern
Absorption
Einfluss der Teilchenform auf die Absorption
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IR-Transmissionsverhalten von SiO2
Merke: