Didactisch materiaal

Fotonica is overal. We kunnen onze samenleving niet voorstellen zonder de wetenschap van licht en lichttechnologieën. Dagelijks gebruiken we apparaten met fotonica, maar we realiseren het ons niet altijd.

*Deze workshops/lessen maken gebruik van materiaal uit de Photonics Explorer

Reflectie treedt op wanneer een lichtstraal op een oppervlak valt en terugkaatst, of gereflecteerd wordt. Het licht botst op een voorspelbare manier, wat wordt beschreven door de wet van reflectie. Door reflectie kun je jezelf in een spiegel zien. In de astronomie worden spiegels gebruikt in reflecterende telescopen om objecten op afstand te visualiseren. Objecten zijn zichtbaar vanwege het licht dat wordt gereflecteerd vanaf hun oppervlakken. Net zoals we de maan kunnen zien door de reflectie van het zonlicht op het maanoppervlak. Kleur is het gevolg van het feit dat bepaalde golflengten van het licht worden geabsorbeerd terwijl andere worden gereflecteerd.

Totale interne reflectie is een bijzonder geval van reflectie waar het licht steeds weer reflecteert binnen één materiaal. Dit fenomeen komt voor wanneer de invalshoek groter is dan de kritische hoek, in een bepaald materiaal, ten opzichte van de normaal op het oppervlak.

Leerplandoelstellingen:

- De grenshoek en totale terugkaatsing beschrijven met concrete voorbeelden.

Licht is een elektromagnetische golf. De belangrijkste eigenschap van een elektromagnetische golf is de golflengte. Radiogolven, lichtgolven of infrarood golven maken een karakteristiek patroon als ze zich door de ruimte verplaatsen. Elke golf heeft een bepaalde vorm en lengte. De afstand tussen de golftoppen wordt de golflengte genoemd. De verschillende golven in het elektromagnetisch spectrum worden gekenmerkt door hun golflengte.

Leerplandoelstellingen:

- Eigenschappen van de gebieden in het elektromagnetische spectrum beschrijven en mogelijke bronnen van deze straling aangeven.
- De begrippen EM-straling en EM-spectrum illustreren.
- Beschrijven van de belangrijkste gebieden van het EM-spectrum aan de hand van toepassingen uit hun leefwereld.
- Eigenschappen, bronnen en toepassingen van niet gevaarlijke EM golven beschrijven: microgolven, radiosignalen, gsm, wifi, infrarood.

Leerplandoelstellingen:

- Zonlicht bevat alle kleuren van de regenboog.
- De kleuren in wit licht kunnen worden gesplitst, bijv. door refractie.
- Kleurenfilters en gekleurde objecten lijken gekleurd omdat ze delen van het zichtbare spectrum absorberen.
- Additieve (geïllustreerd adhv computerschermen) en subtractieve (geïllustreerd adhv kleurendruk) kleurenmenging beschrijven en illustreren.
- Aan de hand van principes van subtractieve en additieve kleurmenging de waargenomen kleur van licht en objecten toelichten.
- Een kleur situeren en beschrijven binnen een kleurruimte.
- Uit waarnemingen vaststellen dat licht uit verschillende kleuren bestaat.
- Het mengen van gekleurd licht en kleurstoffen beschrijven, de wetmatigheden hiervan afleiden.
- De begrippen hoofdkleuren, mengkleuren, complementaire kleuren bij additieve en subtractieve kleurenmenging omschrijven.
- Het begrip kleur van een voorwerp omschrijven door aan te geven welke lichtkleuren in welke mate geabsorbeerd worden door het voorwerp.
- Het begrip kleur op een website omschrijven als een combinatie van de lichtkleuren rood, groen en blauw.
- De theorie van kleurmenging toepassen in een aantal praktische situaties zoals: het effect van de kleur van invallend licht of het effect van het gebruik van een filter.
- Kleurverschijnselen van licht in leefwereldsituaties toelichten.

Spectroscopie is een verzamelnaam voor wetenschappelijke technieken waarmee men stoffen kan onderzoeken aan de hand van hun elektromagnetische spectrum; de interactie van materie met licht wordt bestudeerd. Spectroscopie wordt toegepast in verschillende toepassingsdomeinen, zoals de kwaliteitscontrole van voedsel, de aantasting van oliën, het sorteren van gerecycelde kunststoffen, de authenticatie van historisch gekleurd en archeologisch glas en restauratie van schilderijen.

*Deze workshops/lessen maken gebruik van materiaal uit de Photonics Explorer

Leerplandoelstellingen:

- Het zien van voorwerpen in verband brengen met lichtbronnen en de interactie van het licht met die voorwerpen.

Optische vezels worden in verschillende toepassingen gebruikt. Onder andere voor de optische datacommunicatie, waarbij licht wordt gestuurd door lange vezels van optisch zeer helder glas om signalen betrouwbaar over grote afstanden te vervoeren. Doordat het licht in de glasvezel een bijzonder kleine hoek met de buitenkant van de vezel maakt, is de absorptie zeer gering en blijft het licht in de vezel door interne reflectie.

Optische vezels worden ook gebruikt als sensoren. Sensors gebaseerd op optische vezels gebruiken veranderingen in de eigenschappen van het licht dat door een vezel gestuurd wordt om externe factoren die de veranderingen veroorzaken te meten.

*Deze workshops/lessen maken gebruik van materiaal uit de Photonics Explorer

Leerplandoelstellingen:

- Licht beweegt zich snel voort en in een rechte lijn.
- Onderscheid tussen absorberende, verstrooiende, weerkaatsende en transparante materialen.
- Totale terugkaatsing en grenshoek toelichten via de stralengang en in concrete toepassingen weergeven.
- Toepassingen van totale terugkaatsing verklaren.
- Glasvezels geleiden licht.
- Beeldvorming door gebruik van optische vezels beschrijven.

Polarisatie is een fundamentele eigenschap van licht. Het begrip van hoe dit werkt, heeft ertoe bijgedragen dat onderzoekers dit effect kunnen beheersen en benutten voor verschillende toepassingen. Het wordt op veel verschillende manieren toegepast in geneesmiddelen, televisie- en computerschermen en zelfs visdobbers maken gebruik van deze eigenschap.

Een lichtstraal bestaat uit een groot aantal golven met verschillende golflengten, en deze kunnen trillen onder verschillende hoeken ten opzichte van elkaar. Dit fenomeen kennen we als ongepolariseerd licht. Een polarisator is een object dat alleen lichtgolven doorlaat met een bepaald polarisatievlak.

Polarisatoren kennen hun toepassing bijvoorbeeld in LCD-schermen. Een LCD scherm vind je in heel wat gekende toestellen terug. Een smartphone, een computerscherm, een TV, smartwatch, een rekentoestel... LCD staat voor Liquid Christal Display of Vloeibare kristallen scherm.

*Deze workshops/lessen maken gebruik van materiaal uit de Photonics Explorer

Leerplandoelstellingen:

- Basisbegrip van gepolariseerd licht.
- Hoe polarisatiefilters werken.
- Draaien van de polarisatie van licht.
- Hoe een polarimeter bouwen.
- Polarisatie van licht via polarisatiefilters en na terugkaatsing beschrijven.
- Het verschijnsel polarisatie van licht omschrijven aan de hand van een modelvoorstelling.
- De functie van polarisatiefilters op licht weergeven m.b.v. de modelvoorstelling.
- Toepassingen van polarisatie in LCD-schermen.

Lenzen zijn een basiscomponent voor de optica. Als licht door een bolle lens gaat, zullen de lichtstralen in één punt samenkomen = convergeren. De plaats waar de stralen bij elkaar komen, noemen we het brandpunt. Met een dubbelbolle lens ontstaat een groter, reëel beeld wanner het object >f van de lens wordt geplaatst. Dit soort beelden kan op een scherm worden gezien.
Als licht door een holle lens gaat, zullen de lichtstralen uit elkaar gaan = divergeren. Met de dubbelholle lens ontstaat een kleiner, virtueel beeld wanneer het object >f van de lens word geplaatst. Dit soort beelden kan niet op een scherm worden gezien. De lichtstralen kunnen tot achter de lens worden gevolgd en het lijkt alsof ze uit dit punt komen.

*Deze workshops/lessen maken gebruik van materiaal uit de Photonics Explorer

Leerplandoelstellingen:

- Eenvoudige lenzen beschrijven en de verschillende soorten lenzen herkennen.
- De plaats van hoofdbrandpunt en nevenbrandpunt aanduiden op de optische as, en het experiment beschrijven waarmee deze plaatsen werden vastgelegd.
- De kenmerkende stralen bij een dunne bolle lens beschrijven en illustreen met een experiment.
- De beeldvorming bij de dunne bolle lens experimenteel verifiëren.
- Het beeld bij dunne bolle lenzen construeren en de eigenschappen van het beeld toelichten.
- De relatie tussen voorwerpsafstand, beeldafstand en brandpuntafstand verifiëren.
- Vergroting bij dunne bolle lenzen uitvoeren.
- Een aantal toepassingen van het gebruik van lenzen beschrijven.
- Optica in verband brengen met optische toestellen en verschijnselen uit de leefwereld.
- Hoe de vergroting van een telescoop bepalen.

Diffractie is het buigen en verspreiden van lichtgolven bij het tegenkomen van een obstakel of wanneer de golf door een opening gaat. Verschillende soorten licht gedragen zich anders bij verbuiging, en dit helpt onderzoekers om de samenstelling van het licht van onbekende objecten zoals sterren, te identificeren.

Interferentie is een verschijnsel waarbij twee of meer lichtgolven elkaar overlappen om een nieuwe golf te vormen. Het resultaat is de productie van heldere kleuren van verschillende tinten, of anders donkere banden zonder kleur.

*Deze workshops/lessen maken gebruik van materiaal uit de Photonics Explorer

Leerplandoelstellingen:

- De golflengte van licht meten met het tweespletenexperiment (Young).
- Diffractie op één spleet en het principe van Babinet.
- Hoe aan de hand van het diffractiepatroon de dikte van een haar te meten.
- Hoe het diffractiepatroon van DNA tot de ontdekking van de DNA-structuur leidde.
- Diffractie op buigingsroosters bij reflectie en transmissie.
- Hoe spectrometers werken.
- Dat het spectrum van spaarlampen uit discrete kleuren bestaat - in tegenstelling tot het continue spectrum van zonlicht.