Seminarvortrag 20.03.2007 Eibl Manfred

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Seminarvortrag 20.03.2007 Eibl Manfred

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Seminarvortrag 20.03.2007 Eibl Manfred. Was ist Licht?. Welle-Teilchen Dualität. Licht als elektromagnetische Welle. Maxwellsche Gln. (1861-1864):. Wellengleichung aus Maxwellgleichungen:. Hertz (1886):. Nachweis elektromagnetischer Wellen mit Hertzschem Dipol. - PowerPoint PPT Presentation

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Licht als Welle: Licht als Teilchen:Beugung

Interferenzerscheinungen

Doppelspaltversuch

Photoeffekt

Comptomstreuung

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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

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Transversale Schwingung von elektrischen und magnetischen Feldern:

= c /

Frequenz:

Wellenlänge:

Lichtgeschwindigkeit: c

Wellenlänge bzw. Frequenz des Lichts ist für seine Farbe verantwortlich.

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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:

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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“

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Destruktive Interferenz:

Konstruktive Interferenz:

Voraussetzung:

konstantePhasenbeziehungen

(Kohärenz)

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Kohärenzzeit bzw. Kohärenzlänge: lc = cc

c~1/f

Während der Kohärenzzeit sinddie Phasender überlagerten Wellenstabil → Interferenz.

f… Spektrumder Lichtquelle

Räumliche Kohärenz:

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Laser:

Thermische Lichtquelle (weißes Licht):

Glühlampe < 3fs bzw. < 10-6mNatriumdampf < 3ns bzw. < 1mLaser < 3ms bzw < 106m

Typische Kohärenzzeiten:

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I~|E|2

Young(1805):

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Interferenz an dünnen Schichten: Laser-Speckle:

Anwendungen: Oberflächenanalyse, Längenmessungen

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Energie:

Impuls:

Drehimpuls (Spin): Polarisation

Einstein (1905):

Annalen der Physik, S. 132-148, 1905

E=h

p=h/

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Ekin= h- P

P… Austrittsarbeit für Elektronen

Plancksche Konstante:

h = 6.626.10-34 Js

Bestimmung aus demAnstieg der Geraden

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Experiment:

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Compton:Nobelpreis 1927

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Versuchsbedingung:

Starke Abschwächung des Lichts

nur 1 Photon befindet sich im Versuchsaufbau

?

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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

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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)