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einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik
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Handout und PowerPoint-Präsentation zum Thema einfache Gesetzmäßigkeiten der Opitik. Fach: Naturwissenschaften, Physik. Themen: Brechung, Spiegelung, Einheiten.
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einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik im Fach betreuende Lehrkraft Schüler 1. Definition besagt, dass sich Licht geradlinig ausbreitet. Sie eignet sich gut für die Erklärung der Reflexion bzw. Brechung. einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Die Optik ist ein Teilgebiet der Physik. Sie beschäftigt sich mit der Ausbreitung, der Reflexion und der Brechung von Licht, sowie mit der Bildentstehung an Spiegeln und Linsen, optischen Geräten, der Entstehung von Farben und den Gesetzen der Farbmischung. Grundsätzlich gibt es drei Modelle: die Strahlen-, die Wellen- und die Quantenoptik. direkte Lichtquellen: Kurzreferat (5 min.) 2. Allgemeines Die Lichtgeschwindigkeit (c) beträgt im Vakuum 299.792.458 Schatten: Naturwissenschaften Lichteinheiten: km S Ein Lichtjahr ist keine Zeitangabe, sondern die Entfernung, die Licht in einem Jahr zurücklegt. ≈ 9,5 10¹2 km Schuljahr 2020/21 ... besagt, dass Licht physikalisch gesehen den Charakter von elektromagnetischen Wellen besitzt. m - 300.000 S sind Körper, die selbst leuchten. z. B. Sonne (natürliche Lichtquelle), LED (künstliche Lichtquelle) indirekte Lichtquellen: sind beleuchtete Körper, die das Licht nur weitergeben. z. B. Mond ca. 8 min. braucht das Licht der Sonne bis zur Erde . beschreibt, dass Licht aus Photonen besteht, denen eine Wellenlänge/Frequenz zugeordnet werden kann. 1/3 ist eine wegen eines lichtundurchlässigen Körpers nicht beleuchtete Fläche. Bei mehr als zwei Lichtquellen wird der Kernschatten von keiner und der Halbschatten nur von einer Lichtquelle beleuchtet. -Lichtstärke (1₂), Einheit: Candela (cd) [SI-Basiseinheit] Sie gibt an, welche Lichtstromstärke in eine Richtung abgesendet wird. -Lichtstrom (P/F), Einheit: Lumen (lm) Sie gibt an, wieviel Licht eine Lampe komplett abstrahlt. -Beleuchtungsstärke (Ev), Einheit: Lux (lx) Sie ist...
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eine Empfangsgröße, die die Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit eines gewissen Abstandes misst. einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik 3. Lichtausbreitung Gemäß dem Strahlenmodell breiten sich Lichtstrahlen geradlinig aus. Darüber hinaus stören sich Lichtstrahlen nicht gegenseitig, das bedeutet, dass wenn ein zweiter Lichtstrahl den Ersten kreuzt, keiner der beiden Lichtstrahlenabgelenkt wird. Zudem sind g und B quotientengleich. (vgl. Strahlensatz in der Mathematik.) 4. Reflexion α = α ●●●● Welche Gesetzmäßigkeit ist aus der Tabelle zu erkennen? C in mm 100 200 Schuljahr 2020/21 B B in mm g 45,2 0,452 90,4 0,452 300 135,6 0,452 400 180,8 0,452 Der einfallende Strahl, der reflektierte Strahl und das Lot liegen auf einer Ebene, der Einfallsebene. Abb. 1: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/grundwissen/strahlensatz Der Lichtweg ist umkehrbar, das heißt, dass man vom blauen Pfeilfuß zur grünen Spitze und von der grünen Spitze zum Fuß des blauen Pfeils gehen kann. Einfallswinkel a # Brechungswinkel B 50° 40° zurück 30° 20° 10° einfallender Strahl Einfallslot Einfallswinkel 1 5. Lichtbrechung Lichtbrechungen finden beim Übergang von einem transparenten Medium in ein anderes statt. Ein Teil des Lichtstrahls wird hierbei reflektiert, während der andere Teil gebrochen wird. Hier gilt jedoch nicht, dass der Einfallswinkel gleich dem Brechungswinkel ist. Der Lichtstrahl ändert also seine Ausbreitungsrichtung. α Luft-Glas 10° 20° 30° 40⁰ 50⁰ 60° 70° 80° 90° reflektierter Strahl Luft Reflexionswinkel Abb. 2: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtreflexion/grundwissen/reflexionsgesetz Abb. 3: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/lichtbrechung-fortfuehrung a' Spiegel Einfallsebene optisch dichtes Medium optisch dünnes Medium 2/3 α₁ α₁ α₂ Abb. 4: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/totalreflexion reflektierter Strahl gebrochener Strahl 6. Totalreflexion beruht auf dem Prinzip der Lichtbrechung, bzw. der Reflexion. Ab einem bestimmten Winkel, dem Grenzwinkel, wird der Lichtstrahl nicht mehr gebrochen, sondern nur noch reflektiert. Dies ist jedoch nur beim Übergang von einem optisch dichteren (z. B. Diamant) zu einem optisch dünneren Medium (z. B. Luft) möglich. einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik im Fach betreuende Lehrkraft Schüler Quellenangabe Fachquellen: Kurzreferat Naturwissenschaften https://www.mein-lernen.at/physik/physik-ueberblick/14771-physik-optik-zusammenfassung https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/ausblick/lichtquellen https://www.leifiphysik.de/optik/lichtreflexion/grundwissen/reflexionsgesetz https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/grundwissen/strahlensatz https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/modelle-fuer-das-licht https://industry-electronics.de/glossar/lichteinheiten https://studyflix.de/ingenieurwissenschaften/lichtgeschwindigkeit-2399 Bildquellen: Abb. 1: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/grundwissen/strahlensatz Abb. 2: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtreflexion/grundwissen/reflexionsgesetz Abb. 3: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/lichtbrechung-fortfuehrung Abb. 4: Für alle Quellen gilt: zuletzt abgerufen am 25.01.2021 Schuljahr 2020/21 https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/totalreflexion 3/3 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik FB13W betreuende Lehrkraft: Optik ● Definition Allgemeines Lichtausbreitung Reflexion Lichtbrechung Totalreflexion Abb.: https://www.youtube.com/watch?v=ndU6-yG2hFo 2 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Optik • Die Optik ist ein Teilgebiet der Physik • der Ausbreitung, der Reflexion, der Brechung, der Bildentstehung an Spiegeln und Linsen, optischen Geräten, der Entstehung von Farben, den Gesetzen der Farbmischung Wellen-, Quanten- und Strahlenoptik 3 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Abstand Candela Größen & Einheiten Lichtstärke (1₁) Einheit: Candela (cd) Lichtstrom (₁) Einheit: Lumen (lm) Beleuchtungsstärke (E₁) Einheit: Lux (lx) Farbtemperatur Einheit: Kelvin (K) Abb.: https://industry-electronics.de/glossar/lichteinheiten einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Optik OSRAM OUD LED w-60w 806 Im Warm White OSRAM pre p ST A Abb.: https://www.beleuchtung-mit-led.de/3er-pack-osram-e27-led-birne-base-a60-9w-806lm-warmweiss-4052899955493.html?refID=4 5 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Abstand Candela Größen & Einheiten Lichtstärke (1₁) Einheit: Candela (cd) Lichtstrom (₁) Einheit: Lumen (lm) Beleuchtungsstärke (E₁) Einheit: Lux (lx) Farbtemperatur Einheit: Kelvin (K) Abb.: https://industry-electronics.de/glossar/lichteinheiten einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik FARBTEMPERATUR Farbtemperatur (Kelvin) 1000 K Warmweiß 2000 K Abb.: https://www.ledmarkt24.de/Was-ist-die-Farbtemperatur 3000 K Neutralweiß 4000 K 5000 K 6000 K Tageslichtweiß 7000 K 8000 K 7 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Lichtgeschwindigkeit c m • 299.792.458 (Vakuum) S Lichtjahr: die Strecke, die Licht in einem Jahr zurücklegt ca. 8 min. 8 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Lichtquellen indirekte direkte Lichtquellen Lichtquellen einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Schatten Lichtquelle o 8 Lichtquelle Gegenstand Kernschatten Halbschatten Halbschatten Abb.: https://static.cornelsen.de/bgd/97/83/06/01/54/84/5/9783060154845_x1SE_001-019.pdf 10 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Strahlenmodell: geradliniges Ausbreiten Lichtbündel: B und g sind quotientengleich Lichtstrahlen stören sich nicht gegenseitig Lichtausbreitung Welche Gesetzmäßigkeit ist aus der Tabelle zu erkennen? 9 B B in mm in mm 9 100 45,2 0,452 200 90,4 0,452 300 135,6 0,452 400 180,8 0,452 zurück Abb.: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/grundwissen/strahlensatz 11 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Reflexion α=α einfallender Strahl, reflektierter Strahl und Lot liegen auf einer Ebene Einfallsebene Umkehrbarkeit des Lichtweges Einfallslot einfallender Strahl reflektierter Strahl Einfallswinkel Reflexionswinkel α a' a Einfallsebene Spiegel Abb.: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtreflexion/grundwissen/reflexionsgesetz 12 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik einfallender Strahl Lot Einfallswinkel ₁α₁ Brechungswinkel B Abb.: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/totalreflexion reflektierter Lichtbrechung Strahl Medium 1 Medium 2 gebrochener FAN • Ein Lichtstrahl ändert seine Ausbreitungsrichtung bei transparenten Medien ein Teil des Lichts wird gebrochen • α ‡ ß 13 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik 50⁰ 40⁰ 30° ano 20⁰ 100 10⁰ 2 1 10⁰ 20⁰ 30° 40° Abb.: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/lichtbrechung-fortfuehrung Luft-Glas 3 40° 50° 60° 70° 80° 90° Of Luft 14 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik optisch dichtes Medium optisch dünnes Medium α₁ α₁ 062₂ reflektierter Strahl gebrochener Strahl Totalreflexion Grenzwinkel der Totalreflexion optisch dichtes Medium optisch dünnes Medium Abb.: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/totalreflexion Gr Gr 90° reflektierter Strahl gebrochener Strahl optisch dicht optisch dünn Diamant Glas Wasser kalte Luft warme Luft 15 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Vielen Dank für Ihr Interesse Für weitere Fragen stehe ich gerne zur Verfügung Abb.: https://www.youtube.com/watch?v=ndU6-yG2hFo 16 Quellen ● ● https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/ausblick/lichtquellen https://www.leifiphysik.de/optik/lichtreflexion/grundwissen/reflexionsgesetz • https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/grundwissen/strahlensatz • https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/modelle-fuer-das-licht ● https://www.mein-lernen.at/physik/physik-ueberblick/14771-physik-optik-zusammenfassung ● https://industry-electronics.de/glossar/lichteinheiten https://studyflix.de/ingenieurwissenschaften/lichtgeschwindigkeit-2399 Die Bildquellen sind direkt unter der Abbildung vermerkt. Für alle Quellen gilt: zuletzt abgerufen am 10.02.2021 17 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik
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einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik im Fach betreuende Lehrkraft Schüler 1. Definition besagt, dass sich Licht geradlinig ausbreitet. Sie eignet sich gut für die Erklärung der Reflexion bzw. Brechung. einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Die Optik ist ein Teilgebiet der Physik. Sie beschäftigt sich mit der Ausbreitung, der Reflexion und der Brechung von Licht, sowie mit der Bildentstehung an Spiegeln und Linsen, optischen Geräten, der Entstehung von Farben und den Gesetzen der Farbmischung. Grundsätzlich gibt es drei Modelle: die Strahlen-, die Wellen- und die Quantenoptik. direkte Lichtquellen: Kurzreferat (5 min.) 2. Allgemeines Die Lichtgeschwindigkeit (c) beträgt im Vakuum 299.792.458 Schatten: Naturwissenschaften Lichteinheiten: km S Ein Lichtjahr ist keine Zeitangabe, sondern die Entfernung, die Licht in einem Jahr zurücklegt. ≈ 9,5 10¹2 km Schuljahr 2020/21 ... besagt, dass Licht physikalisch gesehen den Charakter von elektromagnetischen Wellen besitzt. m - 300.000 S sind Körper, die selbst leuchten. z. B. Sonne (natürliche Lichtquelle), LED (künstliche Lichtquelle) indirekte Lichtquellen: sind beleuchtete Körper, die das Licht nur weitergeben. z. B. Mond ca. 8 min. braucht das Licht der Sonne bis zur Erde . beschreibt, dass Licht aus Photonen besteht, denen eine Wellenlänge/Frequenz zugeordnet werden kann. 1/3 ist eine wegen eines lichtundurchlässigen Körpers nicht beleuchtete Fläche. Bei mehr als zwei Lichtquellen wird der Kernschatten von keiner und der Halbschatten nur von einer Lichtquelle beleuchtet. -Lichtstärke (1₂), Einheit: Candela (cd) [SI-Basiseinheit] Sie gibt an, welche Lichtstromstärke in eine Richtung abgesendet wird. -Lichtstrom (P/F), Einheit: Lumen (lm) Sie gibt an, wieviel Licht eine Lampe komplett abstrahlt. -Beleuchtungsstärke (Ev), Einheit: Lux (lx) Sie ist...
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Einfallswinkel a # Brechungswinkel B 50° 40° zurück 30° 20° 10° einfallender Strahl Einfallslot Einfallswinkel 1 5. Lichtbrechung Lichtbrechungen finden beim Übergang von einem transparenten Medium in ein anderes statt. Ein Teil des Lichtstrahls wird hierbei reflektiert, während der andere Teil gebrochen wird. Hier gilt jedoch nicht, dass der Einfallswinkel gleich dem Brechungswinkel ist. Der Lichtstrahl ändert also seine Ausbreitungsrichtung. α Luft-Glas 10° 20° 30° 40⁰ 50⁰ 60° 70° 80° 90° reflektierter Strahl Luft Reflexionswinkel Abb. 2: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtreflexion/grundwissen/reflexionsgesetz Abb. 3: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/lichtbrechung-fortfuehrung a' Spiegel Einfallsebene optisch dichtes Medium optisch dünnes Medium 2/3 α₁ α₁ α₂ Abb. 4: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/totalreflexion reflektierter Strahl gebrochener Strahl 6. Totalreflexion beruht auf dem Prinzip der Lichtbrechung, bzw. der Reflexion. Ab einem bestimmten Winkel, dem Grenzwinkel, wird der Lichtstrahl nicht mehr gebrochen, sondern nur noch reflektiert. Dies ist jedoch nur beim Übergang von einem optisch dichteren (z. B. Diamant) zu einem optisch dünneren Medium (z. B. Luft) möglich. einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik im Fach betreuende Lehrkraft Schüler Quellenangabe Fachquellen: Kurzreferat Naturwissenschaften https://www.mein-lernen.at/physik/physik-ueberblick/14771-physik-optik-zusammenfassung https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/ausblick/lichtquellen https://www.leifiphysik.de/optik/lichtreflexion/grundwissen/reflexionsgesetz https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/grundwissen/strahlensatz https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/modelle-fuer-das-licht https://industry-electronics.de/glossar/lichteinheiten https://studyflix.de/ingenieurwissenschaften/lichtgeschwindigkeit-2399 Bildquellen: Abb. 1: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/grundwissen/strahlensatz Abb. 2: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtreflexion/grundwissen/reflexionsgesetz Abb. 3: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/lichtbrechung-fortfuehrung Abb. 4: Für alle Quellen gilt: zuletzt abgerufen am 25.01.2021 Schuljahr 2020/21 https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/totalreflexion 3/3 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik FB13W betreuende Lehrkraft: Optik ● Definition Allgemeines Lichtausbreitung Reflexion Lichtbrechung Totalreflexion Abb.: https://www.youtube.com/watch?v=ndU6-yG2hFo 2 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Optik • Die Optik ist ein Teilgebiet der Physik • der Ausbreitung, der Reflexion, der Brechung, der Bildentstehung an Spiegeln und Linsen, optischen Geräten, der Entstehung von Farben, den Gesetzen der Farbmischung Wellen-, Quanten- und Strahlenoptik 3 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Abstand Candela Größen & Einheiten Lichtstärke (1₁) Einheit: Candela (cd) Lichtstrom (₁) Einheit: Lumen (lm) Beleuchtungsstärke (E₁) Einheit: Lux (lx) Farbtemperatur Einheit: Kelvin (K) Abb.: https://industry-electronics.de/glossar/lichteinheiten einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Optik OSRAM OUD LED w-60w 806 Im Warm White OSRAM pre p ST A Abb.: https://www.beleuchtung-mit-led.de/3er-pack-osram-e27-led-birne-base-a60-9w-806lm-warmweiss-4052899955493.html?refID=4 5 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Abstand Candela Größen & Einheiten Lichtstärke (1₁) Einheit: Candela (cd) Lichtstrom (₁) Einheit: Lumen (lm) Beleuchtungsstärke (E₁) Einheit: Lux (lx) Farbtemperatur Einheit: Kelvin (K) Abb.: https://industry-electronics.de/glossar/lichteinheiten einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik FARBTEMPERATUR Farbtemperatur (Kelvin) 1000 K Warmweiß 2000 K Abb.: https://www.ledmarkt24.de/Was-ist-die-Farbtemperatur 3000 K Neutralweiß 4000 K 5000 K 6000 K Tageslichtweiß 7000 K 8000 K 7 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Lichtgeschwindigkeit c m • 299.792.458 (Vakuum) S Lichtjahr: die Strecke, die Licht in einem Jahr zurücklegt ca. 8 min. 8 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Lichtquellen indirekte direkte Lichtquellen Lichtquellen einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Schatten Lichtquelle o 8 Lichtquelle Gegenstand Kernschatten Halbschatten Halbschatten Abb.: https://static.cornelsen.de/bgd/97/83/06/01/54/84/5/9783060154845_x1SE_001-019.pdf 10 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Strahlenmodell: geradliniges Ausbreiten Lichtbündel: B und g sind quotientengleich Lichtstrahlen stören sich nicht gegenseitig Lichtausbreitung Welche Gesetzmäßigkeit ist aus der Tabelle zu erkennen? 9 B B in mm in mm 9 100 45,2 0,452 200 90,4 0,452 300 135,6 0,452 400 180,8 0,452 zurück Abb.: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/grundwissen/strahlensatz 11 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Reflexion α=α einfallender Strahl, reflektierter Strahl und Lot liegen auf einer Ebene Einfallsebene Umkehrbarkeit des Lichtweges Einfallslot einfallender Strahl reflektierter Strahl Einfallswinkel Reflexionswinkel α a' a Einfallsebene Spiegel Abb.: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtreflexion/grundwissen/reflexionsgesetz 12 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik einfallender Strahl Lot Einfallswinkel ₁α₁ Brechungswinkel B Abb.: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/totalreflexion reflektierter Lichtbrechung Strahl Medium 1 Medium 2 gebrochener FAN • Ein Lichtstrahl ändert seine Ausbreitungsrichtung bei transparenten Medien ein Teil des Lichts wird gebrochen • α ‡ ß 13 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik 50⁰ 40⁰ 30° ano 20⁰ 100 10⁰ 2 1 10⁰ 20⁰ 30° 40° Abb.: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/lichtbrechung-fortfuehrung Luft-Glas 3 40° 50° 60° 70° 80° 90° Of Luft 14 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik optisch dichtes Medium optisch dünnes Medium α₁ α₁ 062₂ reflektierter Strahl gebrochener Strahl Totalreflexion Grenzwinkel der Totalreflexion optisch dichtes Medium optisch dünnes Medium Abb.: https://www.leifiphysik.de/optik/lichtbrechung/grundwissen/totalreflexion Gr Gr 90° reflektierter Strahl gebrochener Strahl optisch dicht optisch dünn Diamant Glas Wasser kalte Luft warme Luft 15 einfache Gesetzmäßigkeiten der Optik Vielen Dank für Ihr Interesse Für weitere Fragen stehe ich gerne zur Verfügung Abb.: https://www.youtube.com/watch?v=ndU6-yG2hFo 16 Quellen ● ● https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/ausblick/lichtquellen https://www.leifiphysik.de/optik/lichtreflexion/grundwissen/reflexionsgesetz • https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/grundwissen/strahlensatz • https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/modelle-fuer-das-licht ● https://www.mein-lernen.at/physik/physik-ueberblick/14771-physik-optik-zusammenfassung ● https://industry-electronics.de/glossar/lichteinheiten https://studyflix.de/ingenieurwissenschaften/lichtgeschwindigkeit-2399 Die Bildquellen sind direkt unter der Abbildung vermerkt. 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