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Kapitel 12.6 Wellenoptik 1 Das Übergreifen einer Welle in den geometrischen Schattenraum bezeichnet man als Beugung.

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Präsentation zum Thema: "Kapitel 12.6 Wellenoptik 1 Das Übergreifen einer Welle in den geometrischen Schattenraum bezeichnet man als Beugung."—  Präsentation transkript:

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2 Kapitel 12.6 Wellenoptik 1 Das Übergreifen einer Welle in den geometrischen Schattenraum bezeichnet man als Beugung.

3 Kapitel 12.6 Wellenoptik Beugung Versuch: Vom hinteren Ende des Physiksaals aus beobachten wir durch einen Vorhangstoff eine am Pult stehende brennende Kerze. Ergebnis: Man sieht die Flamme mehrmals. Diese Erscheinungen nennt man Beugungserscheinungen.

4 Kapitel 12.6 Wellenoptik 3 Fortpflanzungsrichtung WellenfrontenElementarwellen Huygenssches Prinzip Jeder Punkt einer Wellenfläche ist Ausgangspunkt einer Elementarwelle. Die Einhüllende dieser Elementarwellen bildet eine neue Wellenfläche.

5 Kapitel 12.6 Wellenoptik 4 Beugung am Einzelspalt

6 Kapitel 12.6 Wellenoptik 5 Beugung am Doppelspalt

7 Kapitel 12.6 Wellenoptik Beugung am Doppelspalt Beugungsmaxima k-ter Ordnung  d  n k = 0, 1, 2, 3, … Versuch: Laser, davor wird ein Dia mit Doppelspalt aufgestellt. Ergebnis: Am Schirm können helle "Punkte" und dunkle Abschnitte beobachtet werden.

8 Kapitel 12.6 Wellenoptik 7 Beugungsminima k-ter Ordnung  d  n k = 0, 1, 2, 3, … Auslöschung:

9 Kapitel 12.6 Wellenoptik Beugung am Gitter  d  n Beugungsmaxima k-ter Ordnung d … Gitterkonstante

10 Kapitel 12.6 Wellenoptik 9 Beugung am Gitter

11 Kapitel 12.6 Wellenoptik 10 Führe die Schülerversuche zu Beugung am Gitter und Bestimmung der Wellenlänge des Lichts durch! Beugung am Gitter Führe folgende Aufgaben durch: 1.Bilde den Spalt scharf auf den Schirm ab! 2.Setze auf den Kondensor ein rotes Farbglas! (monochromatisches Licht) 3.Gib das Gitter (100 Striche/cm) zwischen Abbildungslinse und Schirm! 4.Schreibe die Beobachtung auf! 5.Entferne das Farbglas! Was verändert sich? 6.Verwende ein Rowland-Gitter (600 Striche/mm) 7.Was bewirkt die neue Gitterkonstante? Versuche einen Zusammenhang zwischen Gitterkonstante und Beugungswinkel zu finden! 8.Welche Farbe wird am stärksten gebeugt? 9.Vergleiche mit dem Prismenspektrum! Versuchsaufbau:

12 Kapitel 12.6 Wellenoptik 11 Beugung am Gitter 2 Öffnungen 3 Öffnungen 4 Öffnungen 5 Öffnungen10 Öffnungen 20 Öffnungen

13 Kapitel 12.6 Wellenoptik Wellenlängenmessung mit Gitter Versuchsaufbau: wie vorhin mit Rowlandgitter Aufstecken von Farbgläsern. Aufgabe: Bestimme die Wellenlänge von verschiedenen Farbgläsern! Berechnungsgrundlagen: Gitterkonstante: d = (10 -3 /600)m Beugungsmaximum 1. Ordnung: sin  = λ/ d λ = d ∙sin   = INV TAN(a/l) Wir messen: a, l. Wir berechnen Farbea [m] l [m]  λ = d∙ sin  Blau Grün Rot

14 Kapitel 12.6 Wellenoptik 13 Bestimmung der Lichtwellenlänge rot 700 4,3 gelb 580 5,2 grün 530 5,7 blau 480 6,3 violett 400 7,5 weiß:kontinuierliches Gitterspektrum f=c/ (10 14 Hz) (nm)

15 Kapitel 12.6 Wellenoptik 14 Schmetterlingsflügel Beugung am Schmetterlingsflügel

16 Kapitel 12.6 Wellenoptik 15 Compact Disc – Digital Versatile Disc CD DVD Disc-Durchmesser Laser Spurabstand minimale Pitlänge Kapazität 120mm 780nm 1,6  m 0,83  m ~700MB 120mm 635 – 650nm 0,74  m 0,4  m Single ~4,7GB Dual ~8,5GB

17 Kapitel 12.6 Wellenoptik 16 Beugung am Einzelspalt  a  n Beugungsminima n-ter Ordnung Ende

18 Kapitel 12.6 Wellenoptik 17

19 Kapitel 12.6 Wellenoptik Polarisation

20 Kapitel 12.6 Wellenoptik 19 Die bisherigen Wellen-Erscheinungen (Interferenz, Beugung) ließen noch keine Klärung zu, ob es sich bei Licht um transversale oder longitudinale Wellen handelt. Malus entdeckte 1808 eine gewisse Seitlichkeit des Lichts bei gewissen Versuchen. (Abweichung von der Symmetrie.) Diese Abweichung bezeichnete man Polarisation. Im allgemeinen ist das Licht einer Lichtquelle nicht polarisiert, die einzelnen Lichtwellen schwingen in beliebigen Richtungen. Das menschliche Auge hat auch keine Möglichkeit, die Polarisation festzustellen.

21 Kapitel 12.6 Wellenoptik 20 Thomas Young Licht  elastische Welle im „ÄTHER“ (Longitudinalwelle)  Transversalwelle Christian Huygens Etienne Louis Malus 1808 Polarisation „Äther“-wellen

22 Kapitel 12.6 Wellenoptik 21 Mechanischer Modellversuch

23 Kapitel 12.6 Wellenoptik 22 Verblüffender Versuch

24 Kapitel 12.6 Wellenoptik Polarisation durch Polarisationsfilter: Polarisationsfilter sind durchsichtige Kunststofffolien, die aus langgestreckten Molekülen aufgebaut sind. Diese Moleküle werden bei der Herstellung der Folie durch "Strecken" parallelgerichtet, so dass eine Vorzugsrichtung entsteht. Versuch: Verwende zwei Polarisationsfilter und lege sie übereinander! Drehe sie gegeneinander! Was stellst du fest? Ergebnis: Stehen Polarisator und Analysator parallel, geht das Licht durch, stehen sie aufeinander normal, geht Licht nicht mehr durch den Analysator. Mit Polarisationsfiltern wird linear polarisiertes Licht erzeugt.

25 Kapitel 12.6 Wellenoptik Polarisation durch Reflexion: Versuch: Schaue durch ein Polarisationsfilter Schräg zur Fensterscheibe! Drehe das Polarisationsfilter! Ändere den Winkel zwischen dem Lot der Fensterscheibe und deiner Blickrichtung! Ergebnis: An Gläsern und Wasserflächen reflektiertes Licht ist linear polarisiert. Brewstergesetz Stehen der reflektierte und der gebrochene Strahl aufeinander normal, so ist der reflektierte Strahl (optimal) linear polarisiert. Die Polarisationsebene ist normal auf die Einfallsebene.

26 Kapitel 12.6 Wellenoptik David Brewster    Brewstergesetz Zum Brewster-Winkel:  + ß = 90° tan  B = n Brewster-Gesetz  B … Brewsterwinkel

27 Kapitel 12.6 Wellenoptik Polarisation durch Streuung Versuch: Ein Wassertrog wird mit parallelem Licht durchstrahlt. Seitlich betrachten wir den Wasserstrahl mit einem Polarisationsfilter. Ergebnis: Das gestreute Licht ist teilweise polarisiert. Die Polarisationsebene steht normal auf die Strahl- und die Streurichtung. Beispiele: Streulicht des Himmels

28 Kapitel 12.6 Wellenoptik 27 Himmelslicht

29 Kapitel 12.6 Wellenoptik 28 Polarisation des Himmelslicht

30 Kapitel 12.6 Wellenoptik 29 optische Achse außerordentlicher Strahl ordentlicher Strahl Polarisation durch Doppelbrechung

31 Kapitel 12.6 Wellenoptik 30 Versuch: Kalkspatkristall zeigen! Ergebnis: Bei Drehen des Analysators können wir auf dem Schirm 2 Kreise sehen, deren Helligkeit schwankt. Ordentlicher und außerordentlicher Strahl sind normal aufeinander polarisiert.

32 Kapitel 12.6 Wellenoptik 31 optische Achse ordentlicher Strahl außerordentlicher Strahl /4-Plättchen

33 Kapitel 12.6 Wellenoptik 32 Linear-, zirkularpolarisiert Linear polarisierte Welle Zirkular polarisierte Welle

34 Kapitel 12.6 Wellenoptik Drehung der Polarisationsebene durch optisch aktive Substanzen - Spannungsoptik 1. Verwendung von monochromatischem Licht Ergebnis: Ein Quarz zwischen zwei gekreuzten Pol.-Filtern lässt das Licht wieder durchtreten.  Drehung der Polarisationsebene. 2. Bei Verwendung von weißem Licht treten Farberscheinungen auf. → Rotationsdispersion. Verwendet man anstelle von Quarz Plexiglas oder Zellophan, so erhält man auch Farberscheinungen.

35 Kapitel 12.6 Wellenoptik 34 Bestimmung des Zuckergehalts einer Rohrzuckerlösung: Auch eine Rohrzuckerlösung dreht je nach Zuckergehalt die Polarisationsebene. Diese Eigenschaft wird im Saccharimeter angewandt. Viele durchsichtige Substanzen zeigen bei Druck- oder Zugbeanspruchungen doppelbrechende Eigenschaften.  Spannungsdoppelbrechung. (Versuchsanordnung wie im obigen Versuch mit Quarz) Wird zu Materialprüfungen verwendet. Modelle aus Plexiglas.

36 Kapitel 12.6 Wellenoptik Der Faradayeffekt Wird zwischen zwei gekreuzte Polfilter ein Glasstab, der in die Polschuhe eines Elektromagneten eingelassen ist, gebracht, so wird bei Anlegen des Magnetfeldes die Polarisationsebene gedreht. Legt man ein Wechselfeld an so schwankt die Lichtstärke. Dies kann man sich bei der Übertragung von Information zunutze machen. Kerreffekt: Anstelle des magnetischen Feldes wird ein elektrisches Feld angelegt. (Kerrzelle)

37 Kapitel 12.6 Wellenoptik 36 Ende keine angelegte Spannung Ein elektrisches Feld zerstört die Verdrillung der Moleküle. Die Zelle wird lichtundurchlässig


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