Spiegel

Eigenschaften des Spiegelbildes

Das Spiegelbild in einem ebenen Spiegel gibt sowohl Längen als auch Winkel wahrheitsgetreu wieder. Der Spiegel vertauscht allerdings die ihm zugewandte mit der ihm abgewandten Seite. Dadurch wechselt die Händigkeit. Wenn sich der Beobachter in die Lage seines Spiegelbildes versetzen möchte, so erscheint es ihm, als ob rechts und links vertauscht wären - alles erscheint im Wortsinne spiegelbildlich. Es liegt also nahe, die falsche Händigkeit als eine Vertauschung von rechts mit links zu interpretieren.

Fällt der Blick über zwei Spiegel auf das Objekt, erscheint es wieder mit richtiger Händigkeit. Man kann nur durch Verwendung von zwei Spiegeln sich selbst so betrachten, wie man von anderen gesehen wird.

Wenn der Spiegel nicht eben ist, ist das Spiegelbild verzerrt. Bei konvexen Spiegeln, zum Beispiel bei einer Kugeloberfläche, erscheint das Spiegelbild verkleinert, durch Hohlspiegel kann ein vergrößertes Spiegelbild erzielt werden. In der entfernungs- und krümmungsabhängigen Fokusebene entsteht ein Abbild.

Formen und Verwendung

Die bekanntesten ebenen Spiegel sind die Garderoben- und Badezimmerspiegel im Haushalt. Sie bestehen heute aus einer hinten mit Aluminium beschichteten Glasplatte (Floatglas, weil besonders planparallel). Früher verwendete man Silber. Die Metallschicht ist hinten durch eine Lackschicht vor Oxidation geschützt.

In Rück- und Seitenspiegeln an Fahrzeugen kann man den Verkehr hinter dem Fahrzeug beobachten, ohne sich umzudrehen. Diese Spiegel und auch Verkehrsspiegel sind konvex gekrümmt, um den Blickwinkel zu vergrößern.

konvexer Verkehrsspiegel

Unsichtbarkeits-„Gerät“

Zerrspiegel

Laserspiegel (Goldbeschichtung auf einkristallinem Silizium) eines Kohlendioxidlaser

s Verkehrsspiegel stehen im Straßenverkehr an unübersichtlichen Kreuzungen und Ausfahrten. Ihre konvexe Form ermöglicht, die Straße trotz der geringen Spiegelfläche gut zu überblicken. Ihre Wirkungsweise entspricht der einer konkaven Linse.

Rasier- und Kosmetikspiegel sind konkav. Hier befindet sich der Betrachter innerhalb der Brennweite und sieht deshalb von sich selbst ein vergrößertes virtuelles Bild, ähnlich wie bei einer Lupe.

Konkave Spiegel oder Hohlspiegel werden auch für Spiegelteleskope verwendet. Sie erzeugen von weit entfernten Objekten in ihrer Brennebene ein reelles Bild, ähnlich wie konvexe Linsen. Gegenüber Linsenteleskopen besteht aber der Vorteil, dass keinerlei chromatische Aberration auftritt. Zudem verformen sich große Linsen durch ihr Eigengewicht, sodass für große Teleskope ausschließlich große oder unterteilte Spiegel verwendet werden - nur sie können ganzflächig gelagert, ausreichend dick und somit steif sein. Sehr große Spiegelteleskope besitzen rückseitige Stellelemente, um mögliche Verformungen und Abbildungsfehler zu kompensieren. Die Formgenauigkeit eines Spiegels muss jedoch etwa viermal höher sein als dies bei Linsenteleskopen der Fall ist (vgl. Brechungsgesetz, Reflexionsgesetz).

Die Abbildung von sphärischen Hohlspiegeln, d.h. von Spiegeln in der Form einer Kugelfläche, ist prinzipiell fehlerbehaftet, außer wenn ein Objekt auf sich selbst abgebildet wird. Sollen dagegen parallel eintreffende Strahlen von der gesamten Spiegeloberfläche in einem Punkt fokussiert werden, so muss ein Parabolspiegel verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit zur Beseitigung des Abbildungsfehlers bei sphärischen Spiegeln ist eine Korrekturplatte nach Bernhard Schmidt (siehe Schmidt-Teleskop).

Zur Fokussierung einer Punktlichtquelle in einem zweiten Punkt muss die Spiegelfläche die Form eines Ellipsoids haben (Beispiel: Lichtquellen mit Höchstdruck-Quecksilberdampflampen für die Fotolithografie).

Parabolspiegel werden auch in solarthermischen Kraftwerken verwendet, um das Sonnenlicht auf den Dampferzeuger zu konzentrieren und so möglichst hohe Temperaturen zu erreichen. Auch Autoscheinwerfer (außer den sogenannten Projektionsscheinwerfern) enthalten Parabolspiegel. Bei Projektionsscheinwerfern (Auto, Bühne) erzeugt ein sphärischer Spiegel ein Abbild neben der Glühwendel. Das Licht der Wendel und des Abbildes werden mit einer davor befindlichen asphärischen Linse parallel gerichtet.

Bei optischen Tricks auf der Bühne in der Zauberkunst können Spiegel Gegenstände scheinbar verschwinden lassen. Unterhaltsame Beispiele dazu: siehe Unsichtbarkeit.

Zerrspiegel sind verformte Spiegel, deren bizarre Effekte früher auf Jahrmärkten zur Belustigung der Betrachter eingesetzt wurden.

Spiegel befinden sich auch teilweise in Endoskopen zur medizinischen Diagnostik (daher der Begriff Magenspiegelung) und zur Inspektion des Inneren unzugänglicher Hohlräume.

Spiegel in Lasern und zu deren Strahlführung und -fokussierung ertragen besonders hohe Leistungsdichten, sie müssen dazu entweder besonders verlustarm reflektieren und/oder sie müssen die entstehende Wärme ableiten /gekühlt werden. Man verwendet Interferenzspiegel und Metallspiegel. Erforderlich sind voll reflektierende Spiegel (Endspiegel, Fokussierspiegel) und teiltransparente Spiegel (10…99,9% Reflexionsgrad, Auskoppelspiegel, Strahlteiler).

Beschichtungen

Spiegel bestehen aus Metall- oder dielektrischen Interferenzschichten (dichriotische Spiegel) auf oft transparenten Substraten (Glas, Quarzglas).
Als Substrat kommen jedoch auch Metalle, Kunststoffe und sogar einkristallinee Stoffe zum Einsatz. Kriterien für die Substratwahl sind dessen Bearbeitbarkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient, Preis und – besonders bei hohen Leistungen – die Wärmeleitfähigkeit.
Zur Materialbearbeitung mit Kohlendioxidlasern werden oft Ganzmetallspiegel aus Kupfer eingesetzt.

Haushaltspiegel und Spiegel an KFZ (Außenspiegel, Scheinwerfer) bestehen aus einer Aluminiumschicht hinter Glas oder auf Plastwerkstoffen. Früher verwendete man für Haushaltspiegel Silberschichten, diese neigten jedoch zum Anlaufen und liefern ein leicht gelbstichiges Bild.

Silber- und Goldschichten, aber auch Kupfer sind jedoch für Infrarot gut geeignet. Die Reflexion im Mittleren und Fernen Infrarot korreliert mit der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit des verwendeten Metalles.

Für Ultraviolett werden Aluminium oder dielektrische Schichten verwendet.

Röntgenstrahlung kann nur in einem sehr flachen Einfallswinkel von Metallen reflektiert werden.

Für gute Abbildungseigenschaften muss ein Spiegel (z. B. in Spiegelreflexkameras, Spiegelgalvanometerenn und Spiegelteleskop) im Gegensatz zu Haushaltspiegeln die Spiegelschicht vorn tragen (Oberflächenspiegel). Die Spiegelschicht muss in diesem Fall meist durch eine dünne, möglichst harte transparente Deckschicht vor Oxidation und mechanischer Beschädigung geschützt werden.

Dichroitische dielektrische Spiegel (Interferenzspiegel) bestehen aus mehreren transparenten Schichten mit abwechselnd jeweils unterschiedlicher Brechzahl auf einem Glassubstrat. Sie reflektieren nur in einem begrenzten Wellenlängenbereich sowie in einem begrenzten Einfallswinkel.

Als Interferenzspiegel werden oft auch als Spiegel ausgebildete Beugungsgitter bezeichnet, sie bestehen aus einer mit mikroskopischen Rillen versehenen Spiegelschicht. Sie werden in Spektrometerenenn und Monochromator verwendet, um einzelne Wellenlängen zu separieren.

Teildurchlässige Spiegel

Metallbeschichtung

Teildurchlässige Metallschicht-Spiegel beruhen auf einer Eigenschaft, die bereits auch unbeschichtete Glasoberflächen besitzen: sie sind in einem breiten Wellenlängenbereich teilreflektierend.

Solche teiltransparenten Spiegel haben auf einer Glasscheibe eine reflektierende Schicht (Silber, Gold oder andere Metalle), die wesentlich dünner (einige 10 nm) ist als bei einem normalen Spiegel, so dass nur noch ein Teil des auftreffenden Lichts reflektiert wird und ein weiterer Teil absorbiert wird oder ungehindert hindurchtritt.

Halbdurchlässige Spiegel sind auch als „Spionspiegel“ oder Teilerspiegel bekannt und dienen als Strahlteiler: Ein einfallender Lichtstrahl wird teilweise reflektiert und passiert teilweise den Spiegel. Wie viel Prozent des Lichts reflektiert und wie viel durchgelassen wird, lässt sich durch die Stärke der aufgetragenen Reflexionsschicht einstellen.

Dünne Goldschichten reflektieren vorrangig im Infrarot, sind jedoch im sichtbaren Licht bläulich transparent.

„Einwegspiegel“

„Einwegspiegel“ sind physikalisch nicht möglich (vgl. jedoch optischer Isolator). Auch diese Spiegel besitzen in der einen Richtung einen ebensolchen Transmissionsgrad wie in der anderen. Hierbei verwendete teiltransparente Spiegel funktionieren z.B. aufgrund unterschiedlich heller Räume: Man kann vom dunkleren Raum in den helleren blicken, während man von der helleren Seite aus fast nur sein eigenes Spiegelbild sieht, weil das von der dunkleren Seite hindurchtretende Licht sehr viel schwächer ist. Wenn sich die Lichtverhältnisse auf den beiden Seiten umkehren, dann kehrt sich auch die Seite um, von der man durchsehen kann.

Auch gleichhelle Räume können jedoch wirksam vor Blicken geschützt werden: man verwendet eine teildurchlässige Spiegelschicht auf einem Substrat aus eingefärbtem Glas, welches möglicherweise auf der spiegelabgewandten Seite zusätzlich eine Antireflexbeschichtung trägt. Während das Licht im Kontrollraum die dorthin gerichtete teilabsorbierende Glasscheibe zweimal durchlaufen muss (vor und nach der Spiegelung), ist dies für das aus dem anderen Raum durch die Spiegelschicht hindurchtretende Licht nur einmal der Fall. Dadurch wirkt die Scheibe vom Kontrollraum aus dunkel und behindert den Durchblick weniger. Das Licht im zu beobachtenden Raum wird jedoch großenteils durch die auf dieser Seite befindliche Spiegelschicht zurückgeworfen - die Fläche erscheint hell, Konturen im Kontrollraum werden überstrahlt.

dichroitische Spiegel

Interferenzspiegel sind abseits ihrer Bemessungswellenlänge immer teiltransparent. Sie tragen auf einem Glassubstrat mehrere (ca. 10…100) transparente Schichten mit abwechselnd jeweils unterschiedlicher Brechzahl. Die Dicke der Schichten beträgt die halbe Wellenlänge der zu reflektierenden Strahlung.

Interferenzspiegel reflektieren nur in einem begrenzten Wellenlängenbereich sowie in einem begrenzten Einfallswinkel, erreichen hierbei jedoch wesentlich höhere Reflexionsgrade (>99,9%) als dies mit Metallspiegeln (bis etwa 96%) möglich ist.

Interferenzspiegel können auch als verlustarme teiltransparente Spiegel (Strahlteiler) sowie zur Aufteilung in verschiedene Wellenlängen bzw. als Farbfilter (Interferenzfilter) verwendet werden.

Siehe auch Kaltlichtspiegel.

Spiegel in der Gesellschaft

Symbolik

Spiegelungen in der Kuppel des Reichstages

Der Spiegel ist ein äußerst zweideutiges Symbol. Einerseits gilt er als Zeichen der Eitelkeit und der Wollust. Andererseits symbolisiert er auch Selbsterkenntnis, Klugheit und Wahrheit: Ursprung für die heute noch gebräuchliche Redensart „Jemandem einen Spiegel vorhalten“ bzw. „Spiegelbild der Seele“. In den Augen mancher Christen ist der Spiegel auch ein Attribut Marias, weil sich in ihr gewissermaßen das Ebenbild Gottes, nämlich Jesus, spiegelt.

In antiken Kulturen stand der Spiegel als Abbild der Seele einer Person, in dem – je nach mythologischer Vorstellung – die Seele auch eingefangen und festgehalten werden konnte. Im Alten Ägypten waren die Worte „Spiegel“ und „Leben“ identisch. Keltinnen wurden aus demselben Grund mit ihrem Spiegel begraben. In der griechischen Mythologie wird Dionysos Seele von den Titanen in einem Spiegel gefangen. Die Reflexion seines Selbstbildes hielt Narziss auf dem Wasser fest.

Im Buddhismus wird die Existenz des Menschen mit der Reflexion in einem Spiegel verglichen; eine Idee ebenfalls im Christentum (Korinther ). In der jüdischen Überlieferung dient der Spiegel zur Erläuterung der überragenden Rolle von Moses als Prophet. Maimonides vergleicht die göttliche Offenbarung mit der Erhellung einer Nacht durch den Blitz. Einigen Propheten wurde nur ein einziges Mal die Gnade eines solch blitzartigen Aufleuchtens gewährt, anderen wiederum des Öfteren, während Moses einer dauernden, ununterbrochenen Erleuchtung teilhaftig war. Die Rabbiner erklären, dass seine Seele die göttliche Botschaft wie von einem klaren Spiegel zurückwarf.

In vielen Kulturen, so auch in der mitteleuropäischen Sagenwelt, gehören Spiegel und übersinnliche Erkenntnis (Weissagen, Wahrsagen) zusammen. Laut dem Volkskundler Trachtenberg haben noch im Mittelalter jüdische Gelehrte geglaubt, dass Spiegel beim Hineinsehen die Kraft der Augen wiedergeben und sie auf diese Weise stärkten. Gelehrte hätten deshalb während des Schreibens einen Spiegel vor sich hingestellt (spiegelnde Oberflächen herzustellen hatte auch noch etwas Magisches an sich).

In Klöstern waren Spiegel eher verboten.

In E. T. A. Hoffmanns;s Sammlung „Phantasiestücke in Callots Manier“, Unterkapitel: „Die Abenteuer der Sylvesternacht“ verkauft in der Erzählung „Die Geschichte vom verlorenen Spiegelbild“ der Protagonist Erasmus Spikher seiner im Bund mit dem Teufel stehenden Geliebten Giulietta sein Spiegelbild und damit seine Seele. (In der Oper „Hoffmanns Erzählungen“ von Jacques Offenbach tut dieses Hoffmann selbst.)
In einer Erzählung mit dem Titel „Spiegelgeschichte“ erzählt Ilse Aichinger das Leben einer Frau rückwärts, beginnend mit dem Tod bis hin zur Geburt.
Ein autobiographisch-poetischer Film von Regisseur Andrei Tarkowski trägt den Titel Der Spiegel (1975), und diese nahmen in seiner Filmsprache immer eine gewichtige Rolle ein. (Tarkowski plante auch, über E. T. A. Hoffmann und unter anderem „Die Geschichte vom verlorenen Spiegelbild“ zu filmen.)

Geschichte der Spiegelherstellung

prähistorische Spiegel, Ägypten, Rom

Spiegel aus massiven Silber, Fundstück aus Pompeji, Italien

, 79 n.Chr Der Spiegel ist so alt wie die Menschheit selbst, genau genommen sogar älter. Neben ruhenden Wasseroberflächen in der Natur dürften die ersten künstlichen Spiegel flache Schalen mit Wasser gewesen sein. Schmuck und Körperbemalung gehören seit der Steinzeit zum Menschen und damit auch das Bedürfnis, das Resultat des Schmückens und Bemalens an sich selbst zu sehen.

Die ersten von Menschen erschaffenen Spiegel entstanden möglicherweise schon in der Kupfersteinzeit oder in der Bronzezeit, indem man nun verfügbare Metalle zu diesem Zweck polierte. Um 8000 v. Chr. gab es bereits in Mesopotamien solche Bronzespiegel.

In Çatalhöyük fand James Mellaart Spiegel aus Obsidian. Diese bestanden aus einer konisch grob behauenen Rückseite und einer flachen Vorderseite. Diese wurde glatt poliert und ist ein wenig konvex. Nach den herstellungstechnischen Experimenten wurde die Spiegelfläche zunächst grob zugehauen und dann mit groben und feinen Schleifsteinen, dann mit Sand, Lehm und Wasser poliert. Der Arbeitsaufwand aus einer Obsidiankugel einen Spiegel so herzustellen wurde auf 8 Stunden geschätzt.

Die erste schriftliche Überlieferung metallischer Spiegel findet sich in der Bibel, Exodus 38,8 (Und machte ein Handfaß von Erz und seinen Fuß auch von Erz aus Spiegeln der Weiber, die vor der Tür der Hütte des Stifts dienten). Auch aus dem alten Ägypten sind durch archäologische Funde Spiegel aus polierten Bronze- und Kupferplatten bekannt. In Pompeji wurde ein schöner Silberspiegel gefunden.

Mittelalter

Im 14. Jahrhundert entstanden erstmals Spiegel, indem man Glaskugeln blies und in sie hinein, noch während sie glühten, Metalllegierungen einbrachte. Nach dem Erkalten zerteilte man diese Kugeln in Abschnitte und erhielt so konvexe Spiegelflächen.

frühe Neuzeit: Belegen mit Zinnfolie unter Verwendung von Quecksilber

Zum Ende des Mittelalters wurde die Technik der Glasspiegel weiterentwickelt, man stellte so genannte Quecksilber-Spiegel her. Dabei wurde Quecksilber auf dünne, auf Papier gelagerte, polierte Zinnfolien aufgetragen und mit einem weiteren, glatten Papierblatt bedeckt. Darauf wurde eine Glasplatte gelegt und leicht angedrückt, während die obere Papierschicht wieder entfernt wurde. nach 10-20 Stunden Ruhe- und Presszeit und bis zu zwei Wochen Trocknungszeit war der Spiegel fertig Spessartmuseum (Hrsg.) Mensch und Wald - Handblätter für Besucher. Thema: Kurmainzische Spiegelmanufaktur. Lohr am Main (2002). .

Da sich Zinn und Quecksilber zu Zinnamalgam verbinden, wäre Zinnamalgam-Spiegel die korrekte Bezeichnung. Die Herstellung dieser Spiegel war ungleich aufwändiger als die Spiegelherstellung durch Einblasen der Legierung in Glaskugeln, wurde jedoch fast vier Jahrhunderte lang angewandt.

Moderne: Beschichtung mit Silber und Aluminium

Im 19. Jahrhundert schließlich entstand der Silberspiegel. 1835 publizierte Justus von Liebig die Zeilen: '...wenn man Aldehyd mit einer Silbernitratlösung mischt und erhitzt, scheidet sich Silber auf der Wand des Glases ab und es entsteht ein brillanter Spiegel.'. Aber erst als Amalgamspiegel 1886 wegen ihrer Giftigkeit verboten wurden, ging man allgemein zur Silberspiegelfabrikation über.

Heute presst man unter Vakuum Aluminiumfolie auf glatte Glasscheiben oder bedampft / besputtert sie mit Aluminium.