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Konvexe Linse – wichtig in der Optik wie im Alltag

Konvexe Linse – wichtig in der Optik wie im Alltag

Sammellinse, Kollimatorlinse, Konvexlinse oder Positivlinse: Die konvexe Linse hat viele Bezeichnungen. Abhängig davon, in welchem Bereich sie angewandt wird, variiert der Name der sphärisch geschliffenen Linse mit ihrer positiven Brechkraft. Aber welche Eigenschaften hat eine konvexe Linse? Die Linse sammelt einfallende Lichtstrahlen in ihrer Brennebene. Bei einer konvexen Linse ist die Oberfläche nach aussen gewölbt. Sie bündelt das Licht, sodass weitsichtige Menschen die als Plusgläser bezeichnete konvexe Linse als Brillenglas verwenden. Aber das ist noch nicht alles …

Was ist eine konvexe Linse oder Sammellinse?

Eine konvexe Linse ist eine nach aussen gewölbte Linse. Sie wird als Sammellinse bezeichnet, weil sie parallele Lichtstrahlen hinter der Linse zusammenführt und sie in einem Brennpunkt sammelt. Es gibt drei Arten konvexer Linsen:

  • Ist die konvexe Linse einfach nach aussen gewölbt, nennt man sie Sammellinse.
  • Wölben sich beide Linsenseiten nach aussen, ist die Linse bikonvex.
  • Ist nur eine Seite der Linse nach aussen gewölbt, handelt es sich um eine plankonvexe Linse.

Wie wird eine konvexe Linse in der Optik verwendet?

Eine konvexe Linse wird in der Optik für Brillen und andere Sehhilfen genutzt. Die konvexe Linse hat eine positive Brennweite. Als Brennweite wird der Abstand des Brennpunktes von der Linsenmitte aus bezeichnet. Kehrt man den Wert um, ist das die Brechkraft, die in der Einheit Dioptrie angegeben wird. Weitsichtigkeit wird mit konvexen Linsen korrigiert. Aber auch in Lupen, Vergrösserungsgläsern, Mikroskopen und Fotoobjektiven findet die konvexe Linse Verwendung.

Wie kommen die Brennweiten der konvexen Linse zustande?

Die Oberfläche der konvexen Linse zeigt immer auf wenigstens einer Seite den Ausschnitt einer Kugeloberfläche. Wie genau es um die Brennweite bestellt ist, wie sehr Gegenstände vergrössert werden, hängt von der genauen Art der Wölbung ab:

  • Ist die Oberfläche sehr stark gewölbt, dann handelt es sich um den Ausschnitt einer Kugel mit kleinem Durchmesser.
  • Die Oberfläche kann auch sehr flach ausfallen, also nur wenig gewölbt sein. Der Durchmesser der Kugel ist grösser.
  • Bei bikonvexen Linsen können die Flächen auf den gegenüberliegenden Seiten unterschiedlich stark gewölbt sein, die Brennweite kommt aus dem Zusammenspiel zustande.
  • Bei einer konkav-konvexen Linse ist die der konvexen Seite gegenüberliegende Fläche konkav gewölbt – aus dem Zusammenspiel der beiden Seiten kommt die Art der Lichtbrechung zustande.

Was ist Astigmatismus?

Astigmatismus ist ein Wort, das aus dem Griechischen stammt und wörtlich „Punktlosigkeit“ bedeutet. Gemeint ist, dass die Hornhaut deines Auges verformt ist. Astigmatismus ist ein Massenphänomen, denn die Hornhaut ist nie perfekt rund geformt. Bei dieser Fehlsichtigkeit erscheint das Sehbild unscharf. Die abweichende Krümmung bricht die horizontal einfallenden Lichtstrahlenbündel nämlich anders als die Lichtstrahlenbündel, die vertikal einfallen. Die Lichtstrahlen vereinigen sich nicht in einem Brennpunkt, sondern auf der Netzhaut entstehen zwei Brennlinien. Das sieht aus wie Stäbchen, deshalb wird der Astigmatismus als Stabsichtigkeit bezeichnet.

Was ist der Unterschied zwischen einer konvexen Linse und einer konkaven Linse?

Die konvexe Linse ist an einer oder zwei Seiten nach aussen gewölbt, wodurch sie die einfallenden Lichtstrahlen bündelt, also sammelt oder zusammenführt. Aus diesem Grund spricht man auch von einer Sammellinse. Die konkave Linse dagegen ist eine Zerstreuungslinse: Eine oder zwei Seiten sind nach innen gewölbt, wodurch die einfallenden Lichtstrahlen gestreut werden. Konkave Linsen oder Zerstreuungslinsen lassen die einfallenden Einzelstrahlen so erscheinen, als würden sie alle von einem Fokus vor der Linse stammen. Der Abstand von der Linsenmitte zu diesem vor der Linse liegenden gedachten Brennpunkt ist die negative Brennweite. Die Brechkraft in Dioptrien wird ebenfalls negativ angegeben. Brillengläser, die aus konkaven Linsen bestehen, sind daher Minusgläser und werden zur Korrektur von Kurzsichtigkeit eingesetzt.

Welche Experimente im Bereich der Optik gibt es für Kinder?

Es gibt zahllose Experimente für Kinder aus dem Bereich der Optik, die du zum Teil sogar ohne Hilfsmittel zu Hause durchführen kannst. Ein mit Wasser gefülltes rundes Glas etwa ist nichts anderes als eine Linse, die das Licht bricht, weisses Licht in Spektralfarben zerlegt und Kindern das Experimentieren auf einem niedrigen, alltagstauglichen Niveau erlaubt. Glaslinsen und zweilinsige Achromate sowie Acryllinsen für Versuche und zum Basteln erhältst du in jedem gut sortierten Fachhandel oder kannst sie im Internet bestellen. Und natürlich kannst du auch die entsprechenden Experimentierkästen bestellen. Verlage wie Cornelsen, Betzold, Kosmos und sogar Fischer Technik haben unterschiedliche Sets im Sortiment, die bis auf haushaltsübliche Gegenstände alles für das jeweilige Experiment plus Anleitung enthalten. Die meisten Experimente sind sogar für Erwachsene noch ziemlich interessant.

Kann ich verschiedene konvexe Linsen kombinieren?

Kombinierst du verschiedene (konvexe oder konkave) Linsen miteinander, erhältst du ein sogenanntes Linsensystem. Genau genommen ist schon eine bikonvexe Linse eine Kombination aus zwei konvexen Linsen, und die konkav-konvexe Linse ist ein Linsensystem aus einer konkaven und einer konvexen Linse. Linsensysteme erfüllen in unterschiedlichen Bereichen wichtige Funktionen:

  • als Lupen, Vergrösserungsgläser und in Mikroskopen
  • in Brillen und anderen Sehhilfen
  • in der Fotografie als Objektive
  • im Inneren von Fernrohren, Operngläsern, Ferngläsern und anderen astronomischen Instrumenten
  • im Tageslichtprojektor
  • im Scheinwerfer immer dann, wenn du einen Punktstrahler verwendest oder das Licht gerichtet abgegeben wird
  • in Leuchttürmen

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