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

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

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

2 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. Kapitel 12.6 Wellenoptik

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

4 Beugung am Einzelspalt
Kapitel 12.6 Wellenoptik

5 Beugung am Doppelspalt
Kapitel 12.6 Wellenoptik

6 12.6.2.1 Beugung am Doppelspalt
Versuch: Laser, davor wird ein Dia mit Doppelspalt aufgestellt. Ergebnis: Am Schirm können helle "Punkte" und dunkle Abschnitte beobachtet werden.  d n Beugungsmaxima k-ter Ordnung k = 0, 1, 2, 3, … Kapitel 12.6 Wellenoptik

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

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

9 Beugung am Gitter Kapitel 12.6 Wellenoptik

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

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

12 12.6.2.3 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 Farbe a [m] l [m]  λ = d∙ sin Blau Grün Rot Kapitel 12.6 Wellenoptik

13 Bestimmung der Lichtwellenlänge
 (nm) f=c/ (1014Hz) rot ,3 gelb ,2 grün ,7 blau ,3 violett ,5 weiß: kontinuierliches Gitterspektrum Kapitel 12.6 Wellenoptik

14 Schmetterlingsflügel
Beugung am Schmetterlingsflügel 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 635 – 650nm 0,74m 0,4m Single ~4,7GB Dual ~8,5GB Kapitel 12.6 Wellenoptik

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

17 Kapitel 12.6 Wellenoptik

18 Polarisation polarisation Kapitel 12.6 Wellenoptik

19 Diese Abweichung bezeichnete man Polarisation.
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. Kapitel 12.6 Wellenoptik

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

21 Mechanischer Modellversuch
Kapitel 12.6 Wellenoptik

22 Verblüffender Versuch
Kapitel 12.6 Wellenoptik

23 12.6.3.1 Polarisation durch Polarisationsfilter:
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. 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. Mit Polarisationsfiltern wird linear polarisiertes Licht erzeugt. Kapitel 12.6 Wellenoptik

24 12.6.3.2 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. Kapitel 12.6 Wellenoptik

25 1813 David Brewster Brewstergesetz   
Zum Brewster-Winkel: + ß = 90° 1813 David Brewster tan B = n Brewster-Gesetz B … Brewsterwinkel Kapitel 12.6 Wellenoptik

26 12.6.3.3 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 Kapitel 12.6 Wellenoptik

27 Himmelslicht Kapitel 12.6 Wellenoptik

28 Polarisation des Himmelslicht
Kapitel 12.6 Wellenoptik

29 12.6.3.4 Polarisation durch Doppelbrechung
optische Achse außerordentlicher Strahl ordentlicher Strahl 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. Kapitel 12.6 Wellenoptik

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

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

33 12.6.3.5 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. 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. Kapitel 12.6 Wellenoptik

35 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) Kapitel 12.6 Wellenoptik

36 LCD - Anzeige http://www.uni-bonn.de/iap/P2K/laptops/calculator.html
1 2 Ein elektrisches Feld zerstört die Verdrillung der Moleküle. Die Zelle wird lichtundurchlässig. keine angelegte Spannung Ende Kapitel 12.6 Wellenoptik