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Seminarvortrag Eibl Manfred

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Präsentation zum Thema: "Seminarvortrag Eibl Manfred"—  Präsentation transkript:

1 Seminarvortrag 20.03.2007 Eibl Manfred
Was ist Licht? Seminarvortrag Eibl Manfred

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

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

4 Licht als elektromagnetische Welle
Transversale Schwingung von elektrischen und magnetischen Feldern: Frequenz: n Wellenlänge: l Lichtgeschwindigkeit: c n = c / l Wellenlänge bzw. Frequenz des Lichts ist für seine Farbe verantwortlich.

5 Festlegung der Lichtgeschwindigkeit als Naturkonstante (1986):
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: Licht muss eine transversale Welle sein.

6 Elektromagnetisches Spektrum

7 Huygens-Fresnel-Prinzip
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 Interferenz von Wellen
Konstruktive Interferenz: Voraussetzung: konstante Phasenbeziehungen (Kohärenz) Destruktive Interferenz:

9 Kohärenz von Licht tc~1/Df lc = ctc Kohärenzzeit bzw. Kohärenzlänge:
Während der Kohärenzzeit sind die Phasender überlagerten Wellen stabil → Interferenz. tc~1/Df Df… Spektrum der Lichtquelle Räumliche Kohärenz:

10 Kohärenz von Lichtquellen
Thermische Lichtquelle (weißes Licht): Laser: Typische Kohärenzzeiten: Glühlampe < 3fs bzw. < 10-6m Natriumdampf < 3ns bzw. < 1m Laser < 3ms bzw < 106m

11 Youngscher-Doppelspaltversuch
I~|E|2

12 Youngscher-Doppelspaltversuch

13 Interferenzerscheinungen
Licht als Welle Interferenzerscheinungen Interferenz an dünnen Schichten: Laser-Speckle: Anwendungen: Oberflächenanalyse, Längenmessungen

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

15 Licht als Teilchen Photoeffekt

16 Licht als Teilchen Photoeffekt Ekin= hn - P
P… Austrittsarbeit für Elektronen Plancksche Konstante: h = Js Bestimmung aus dem Anstieg der Geraden

17 Licht als Teilchen Compton-Streuung

18 Licht als Teilchen Compton-Streuung Experiment:

19 Licht als Teilchen Compton-Streuung Compton: Nobelpreis 1927

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

21 Nachweis einzelner Photonen

22 Doppelspaltversuch von Taylor
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 Licht als Teilchen Menschliches Sehen
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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