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SCHIFAHR'N MIT LAMBERT  --  SCHNEE, BELEUCHTUNG UND INDUSTRIELLE BILDVERARBEITUNG  (Fortsetzung)




2. Optischer Werkstoff  --  Wie Schnee weiss wird
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Schluesselwoerter:

Eiskristalle | Luft | gebrochen | reflektiert | Oberflaeche | Streuung | weisse Farbe | Aufloesung | diffuse Reflexion | Farbsaettigung


Wie wir alle wissen besteht Schnee aus kleinen EISKRISTALLEn (Bild. 2_a).

Bild 2_a: Verschiedene Eiskristalle; 26 kByte

Bild. 2_a: Verschiedene EISKRISTALLE
Bild entnommen aus
"Mein grosses Bildlexikon", Augsburg 2003, ISBN 3-8289-6013-8, Seite 128
mit frdl. Genehmigung von Weldon Owen Publishing, Sydney NSW 2060, Australien.


Aber ein wichtiger Bestandteil von Schnee ist die LUFT in den Zwischenraeumen.
Wenn wir das Eis dicht packen wuerden (ohne LUFT in den Zwischenraeumen), dann wuerde es aussehen wie Glas:
Klar-durchsichtig mit einem leichten Blaugruen-Stich.
Wenn wir andererseits die Luft durch Wasser ersetzen, bleibt uns nur ein dunkelgrauer Matsch.

Warum ist Schnee weiss, obwohl doch Eis anders aussieht?

Wenn Licht auf einen massiven Eisbrocken faellt, dann wird es zum Teil GEBROCHEN und zum Teil REFLEKTIERT; quantitativ ist das beschrieben im Snellius'schen Brechungsgesetz (Snellius 1591 - 1626).
Eine wichtige Groesse in diesem Gesetz ist der Brechungsindex  n .
Normalerweise unterscheidet sich der Brechungsindex eines optischen Werkstoffs - hier: Eis - vom Brechungsindex des umgebenden Mediums - hier, LUFT.
Je groesser dieser Unterschied, desto staerker der Brechungs- und Reflexionseffekt.
Anderenfalls waeren z.B. Eiszapfen nicht so gut sichtbar (Bild 2_b).
Das alles geschieht an der Eis-OBERFLAECHE.


Bild 2_b: Eiszapfen im Sonnenlicht; 43 kByte
Bild 2_b: Eiszapfen im Sonnenlicht

Nun liegen in einem Volumen Schnee sehr viele Eis-OBERFLAECHEnelemente dicht beisammen.
Der Lagewinkel von jedem einzelnen dieser Elemente ist rein zufaellig.
Sie alle brechen und reflektieren einen einfallenden Lichstrahl  --  das ist die STREUUNG seiner Energie in alle Richtungen des Raumes.
Der Unterschied der Brechungsindices (der notwendig ist fuer Brechung und Streuung) ist fast unabhaengig von der Wellenlaenge (im Bereich der sichtbaren Wellenlaengen).
Und so bewirkt die Vielzahl der Eiskoerner, von denen jedes das Licht aller Wellenlaengen in etliche Richtungen schickt, die WEISSE FARBE des Schnees.

Warum sehen wir nicht eine Menge von glitzernden Facetten, sondern nur eine gleichmaessig weisse Oberflaeche? --
Die AUFLOESUNG, die unser Auge bietet, ist einfach nicht gut genug.
Entweder koennen wir ein Mikroskop nehmen; dann sehen wir die einzelnen Facetten aufleuchten.
Oder wir warten auf eine frostige Nacht. Wasser, das aus der Luft kondensiert, baut dann groessere Eiskristalle auf der Schneeoberlaeche auf.
In der Morgensonne leuchten dann winzige Sternchen massenhaft im Weissen (Bild 2_c).

Bild 2_c: glitzernde Schnee-Oberflaeche; 75 kByte

Bild 2_c: glitzernde Schnee-Oberflaeche
Groessenvergleich: Muenze = 10 Eurocent, 20 mm Durchmesser
Schnee-Oberflaeche etwa 1 Woche alt.



Einfallende Lichtstrahlen werden von Schnee in viele verschiedene zufaellige Richtungen zerstreut.
Man nennt das "DIFFUSE" Reflexion; im Gegensatz zur "gerichteten" Reflexion eines Spiegels.

Zum Begriff "WEISSE FARBE":
Einige Leute bestehen darauf, dass Schwarz, Grau und Weiss nicht wirklich Farben seien.
Weil ihre FARBSAETTIGUNG Null ist.
(Zu "FARBSAETTIGUNG" siehe mein Aufsatz
"FARBE:  Empfindung  --  PHYSIK  --  TECHNIK", Abschn. 1.3.1)
Anders ausgedrueckt sind dies Farbtoene, die durch einen ganz ebene Spektralverlauf des Lichtes gekennzeichnet sind.
Ich ziehe es vor, dies alles Farben zu nennen; hoechstens vielleicht eine spezielle Familie von Farbtoenen.

Uebrigens arbeitet derselbe Mechanismus zur Erzeugung diffus-weisser Reflexion in vielen weissen Werkstoffen:
Salz und Zucker in Koernern oder als Puder, kleine Glasperlen, Puder von TiO2 und von BaSO4, Nebel und Wolken, Emulsionen, waesserige oder oelige Schaeume  --  und Papier.
Wenn Sie ein weisses Material kennen, das anders funktioniert, sagen Sie's mir bitte: Dietmar.Dowe@t-online.de.



Fortsetzung: 3. Loch im Weissen  --  wie Schnee blau wird

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Letzte Aenderung 22.2.2009