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Seminarvortrag 20.03.2007 Eibl Manfred. Licht als Welle:Licht als Teilchen: Beugung Interferenzerscheinungen Doppelspaltversuch Photoeffekt Comptomstreuung.

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1 Seminarvortrag Eibl Manfred

2 Licht als Welle:Licht als Teilchen: Beugung Interferenzerscheinungen Doppelspaltversuch Photoeffekt Comptomstreuung

3 Maxwellsche Gln. ( ): Wellengleichung aus Maxwellgleichungen: Hertz (1886): Nachweis elektromagnetischer Wellen mit Hertzschem Dipol

4 Transversale Schwingung von elektrischen und magnetischen Feldern:  = c / Frequenz: Wellenlänge: Lichtgeschwindigkeit: c Wellenlänge bzw. Frequenz des Lichts ist für seine Farbe verantwortlich.

5 Festlegung der Lichtgeschwindigkeit als Naturkonstante (1986): Licht muss eine transversale Welle sein. c= m/s Definition des Meters über die Lichtgeschwindigkeit: 1 Meter ist die Länge, die das Licht in 1/ Sekunden zurücklegt. Vorteil: Die Lichtgeschwindigkeit ist in jedem inertialen Bezugssystem dieselbe (SRT). Folgerung für elektromagnetische Wellen:

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7 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“

8 Destruktive Interferenz: Konstruktive Interferenz: Voraussetzung: konstante Phasenbeziehungen (Kohärenz)

9 Kohärenzzeit bzw. Kohärenzlänge: l c = c  c  c ~1/  f Während der Kohärenzzeit sind die Phasender überlagerten Wellen stabil → Interferenz.  f… Spektrum der Lichtquelle Räumliche Kohärenz:

10 Laser: Thermische Lichtquelle (weißes Licht): Glühlampe < 3fs bzw. < m Natriumdampf < 3ns bzw. < 1m Laser < 3ms bzw < 10 6 m Typische Kohärenzzeiten:

11 I~|E| 2 Young(1805):

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13 Interferenz an dünnen Schichten:Laser-Speckle: Anwendungen: Oberflächenanalyse, Längenmessungen

14 Energie: Impuls: Drehimpuls (Spin): Polarisation Einstein (1905): Annalen der Physik, S , 1905 E=h p=h/

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16 E kin = h  - P P… Austrittsarbeit für Elektronen Plancksche Konstante: h = Js Bestimmung aus dem Anstieg der Geraden

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18 Experiment:

19 Compton: Nobelpreis 1927

20 Versuchsbedingung: Starke Abschwächung des Lichts nur 1 Photon befindet sich im Versuchsaufbau ?

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22 P.M. Dirac: “Each photon then interferes only with itself. Interference between two different photons never occurs.“ The Principles of Quantum Mechanics Fourth Edition, Chapter 1

23 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)


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