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Seminarvortrag 20.03.2007Eibl Manfred
Licht als Welle: Licht als Teilchen:Beugung
Interferenzerscheinungen
Doppelspaltversuch
Photoeffekt
Comptomstreuung
Maxwellsche Gln. (1861-1864):
Wellengleichung aus Maxwellgleichungen:
)div(D
Bt
E
)rot(
0)div( B
Dt
jH
)rot(
2
2
2
1
t
E
cE
Hertz (1886):
Nachweis elektromagnetischer Wellenmit Hertzschem Dipol
Transversale Schwingung von elektrischen und magnetischen Feldern:
= c /
Frequenz:
Wellenlänge:
Lichtgeschwindigkeit: c
Wellenlänge bzw. Frequenz des Lichts ist für seine Farbe verantwortlich.
Festlegung der Lichtgeschwindigkeit als Naturkonstante (1986):
Licht muss eine transversale Welle sein.
c=299 792 485 m/s
Definition des Meters über die Lichtgeschwindigkeit:
1 Meter ist die Länge, die das Licht in 1/299793485 Sekunden zurücklegt.
Vorteil:
Die Lichtgeschwindigkeit ist in jedem inertialen Bezugssystem dieselbe (SRT).
Folgerung für elektromagnetische Wellen:
Prinzip von Huygens(1678): Von jedem Punkt einer Wellenfront breiten sich "Elementarwellen" kugelförmig aus.Die resultierende Wellenfront ist die Einhüllende der Elementarwellen.
Zusatz von Fresnel(1818):Die Amplitude der Lichtschwingung an einem Punkt ist die Summe der Amplituden, die durch die Elementarwellen erzeugt werden.
„Superpositionsprinzip“
Destruktive Interferenz:
Konstruktive Interferenz:
Voraussetzung:
konstantePhasenbeziehungen
(Kohärenz)
Kohärenzzeit bzw. Kohärenzlänge: lc = cc
c~1/f
Während der Kohärenzzeit sinddie Phasender überlagerten Wellenstabil → Interferenz.
f… Spektrumder Lichtquelle
Räumliche Kohärenz:
Laser:
Thermische Lichtquelle (weißes Licht):
Glühlampe < 3fs bzw. < 10-6mNatriumdampf < 3ns bzw. < 1mLaser < 3ms bzw < 106m
Typische Kohärenzzeiten:
I~|E|2
Young(1805):
Interferenz an dünnen Schichten: Laser-Speckle:
Anwendungen: Oberflächenanalyse, Längenmessungen
Energie:
Impuls:
Drehimpuls (Spin): Polarisation
Einstein (1905):
Annalen der Physik, S. 132-148, 1905
E=h
p=h/
Ekin= h- P
P… Austrittsarbeit für Elektronen
Plancksche Konstante:
h = 6.626.10-34 Js
Bestimmung aus demAnstieg der Geraden
Experiment:
Compton:Nobelpreis 1927
Versuchsbedingung:
Starke Abschwächung des Lichts
nur 1 Photon befindet sich im Versuchsaufbau
?
P.M. Dirac: “Each photon then interferes only with itself.Interference between two different photons never occurs.“
The Principles of Quantum MechanicsFourth Edition, Chapter 1
Das Auge ist so empfindlich, dass es ca. 5-6 Photonen detektieren kann.Die Funktionsweise ist ähnlich ein dem Photoelektrischen Effekt.
Sehen in der Dunkelheit:
Die Umgebung wird sofort wahrgenommen.
Es gibt kein Aufhellen der Umgebung im Laufe der Zeit.(nach der Gewöhnung des Auges an die Dunkelheit)