Wellencharakter und Teilchencharakter des Lichts.

Lichtstrahlen Licht breitet sich gradlinig aus und kann somit als Lichtstrahlen beschrieben werden. Somit legt das Licht immer die kürzeste Strecke zwischen zwei Punkten zurück. Dies führt unter anderem zu Schatten.

Wellencharakter Licht zeigt auch viele Eigenschaften, die mit dem Modell von Licht als Welle erklärt werden können. Licht wird u.a. gebrochen (Bild).

Brechungsindex Beim Übergang zwischen zwei Medien bleibt die Information (die Anzahl von Schwingungen) und damit die Frequenz erhalten, jedoch ändert sich die Lichtgeschwindigkeit, welches zur Brechung führt. Damit ändert sich auch die Wellenlänge. Daraus definieren wir den Brechungsindex: Aufgabe: Der Brechungsindex hängt von der Wellenlänge ab. Benutze dies um zu erklären, wieso Prismen weises Licht in verschiedenen Farben aufteilt.

Snellius-Gesetz Das Brechungsgesetz ist folgende Beziehung zwischen dem Einfallswinkel δ1 und dem Winkel δ2 des gebrochenen Strahls:

Snellius-Gesetz Aufgaben: Licht trifft von Luft auf Wasser. Der Brechungsindex von Luft ist 1, während der Brechungsindex von Wasser 1,33 ist. Berechne daraus den Brechungswinkel, wenn der Einfallswinkel 40o beträgt. Licht trifft von Wasser auf Luft. Benutze die Angaben aus Aufgabe 1 um daraus den Brechungswinkel zu berechnen, wenn der Einfallswinkel 40o beträgt.

Totalreflexion Wenn n1 größer als n2 ist kann es bei Winkel über einem kritischem Winkel δ2 passieren, dass sin(δ2) größer wird als 1, was natürlich nicht geht. Bei solchen Winkeln kann das Licht nicht von Medium 1 auf Medium 2 wechseln. Aufgabe: Berechne aus den Informationen auf dem vorangegangen Slide den Kritischen Winkel für den Übergang zwischen Wasser und Luft. δ2

Beugung Licht wird an schmalen Spalten und Hindernissen gebeugt. Wie für mechanische Wellen, gilt also das huygenssche Prinzip für Licht. Schmale Spalte Breite Spalte

Interferenz Wie mechanische Wellen tritt bei Licht Interferenz auf. Stelle dir vor, Licht wird durch einen Doppeltspalt geschickt und trifft dann auf einen Schirm. Es treten in diesem Experiment Interferenzstreifen auf: Streifen, wo das Licht verstärkt wird, und Streifen, wo das Licht Ausgelöscht wird.

Verstärkung und Auslöschung Am Doppeltspalt tritt Verstärkung (Interferenzmaxima) auf, wenn die Differenz (Δs) zwischen den vom Licht zurückgelegten Wegen 0, λ, 2λ, 3λ, 4λ… beträgt. Wieso? Auslöschung (Interferenzminima) tritt auf, wenn die Differenz (Δs) zwischen den vom Licht zurückgelegten Wegen λ/2, 3λ/2, 5λ/2… beträgt. Wieso? Aufgabe: Lese und bespreche in Gruppen die Herleitung in „Eine Gleichung für die Interferenzmaxima“ auf Seite 146.

Optisches Gitter Wie für die Doppeltspalte, treten Interferenzmaxima im Falle eines Gitters mit vielen spalten damit auf, sofern (Gittergleichung) Hier bezeichnet b den Spaltabstand und αk den Winkel zum 0. Maximum (k=0). Aufgabe: 4, 6 und 7 auf Seite 156.

CDs Auch CDs Reflexionsgitter agieren. Der Spurenabstand (b) beträgt 1,6x10-6 m. Auch hier gilt also die Gittergleichung. Aufgabe: Erkläre, wie bei einer mit weißem Licht beleuchteten CD die unterschiedlichen Farben zustande kommen. Aufgabe: Das Licht von einem Laser wird auf einer CD reflektiert und trifft auf einem Schirm in einer Entfernung von 2 m, wo deshalb ein Interferenzmuster erscheint. Die Wellenlänge des Lichts beträgt 633 nm. Berechne hieraus den Winkel zum ersten Maximum, α1.

Der Fotoeffekt Scheint Licht auf eine Oberfläche werden Elektronen herausgelöst.

Der Fotoeffekt Um die Elektronen herauszulösen muss eine gewisse Energie. Wenn die Energie nicht ausreicht um die Elektronen herauszulösen, genügt es im Wellenmodell die Intensität des Lichts zu erhöhen. Dies ist aber FALSCH. Stattdessen lösen sich Elektronen nur, wenn die Frequenz des Lichts klein genug ist.

Der Fotoeffekt Albert Einstein erklärte dieses Phänomen, indem er postulierte, dass Licht eine Teilchencharakter hat: es besteht aus Quanten, sogenannten Photonen. Jedes Photon hat die Energie In welchen Zusammenhang kam diese Gleichung in der neunten Klasse vor? Falls also die Arbeit WA benötigt wird um das Elektron von der Oberfläche zu lösen, folgt aus der Erhaltung der Energie, dass Aufgabe: Diskutiere Die Grafik auf S. 150, sowie die Grafiken auf dem vorangegangenem Slide. Mache Aufgabe 16, 17 und 18 auf S. 157.