Inhalt Erzwungene Schwingung der Valenz-Elektronen: Kohärente Streuung

Präsentation zum Thema: "Inhalt Erzwungene Schwingung der Valenz-Elektronen: Kohärente Streuung"—  Präsentation transkript:

1 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie: Anregung von kohärenter Streuung

2 Inhalt Erzwungene Schwingung der Valenz-Elektronen: Kohärente Streuung
Anregung eines Atoms durch Absorption und anschließende Emission: Inkohärente Streuung

3 Wechselwirkung der Strahlung mit freien Atomen (monoatomare Gase)
Diskrete Eigenfrequenzen, angeregt durch Strahlung im Bereich dieser Eigenfrequenzen (vgl. Bohrsches Atommodell) inkohärente Strahlung Erzwungene Schwingung kohärente Strahlung

4 Inkohärente Strahlung
Bei atomarer Anregung der Strahlung sind Absorption und Emission zeitlich nicht streng korreliert: Die Phasenlage beider Strahlungen ist beliebig: „Inkohärente Strahlung“

5 Kohärente Strahlung Kohärent ist die Strahlung bei Anregung einer erzwungenen Schwingung Anregende Amplitude und Amplitude der ausgehenden Kugelwellen sind zeitlich streng korreliert Kohärenz ist die Voraussetzung für Beugung und Abbildung

6 Anregende und emittierte Welle sind phasengleich
Beispiel für die Entstehung kohärenter Strahlung Anregende und emittierte Welle sind phasengleich

7 Beispiel für die Wirkung kohärenter Strahlung bei zwei benachbarten, identischen Streuzentren:
Das Interferenzmuster der emittierten Strahlung enthält Information über das Objekt!

8 Beugungsbild und Original
Kleinere Abstände als die Wellenlänge sind ohne Einfluss auf das Beugungsbild Vergrößerung der Abstände verkleinert die Winkel zwischen den auslaufenden ebenen Wellen

9 Zwei Streuzentren mit Abstand klein gegenüber der Wellenlänge

10 Abstände der Streuzentren wenig kleiner als die Wellenlänge

11 Abstände der Streuzentren etwa gleich der Wellenlänge

12 Abstände der Streuzentren etwa doppelte Wellenlänge

13 Abstände der Streuzentren wenige Wellenlängen

14 Abstände der Streuzentren etwa 10 Wellenlängen

15 Interferenzmuster eines Spalts
Eine einfallende ebene Welle trifft das Objekt Kugelwellen erzeugen ein Interferenzmuster (Huygenssches Prinzip) Im „Fernfeld“ erscheint es als divergente, ebene Wellen Die Information über das Objekt steht in Richtung, Intensität und in der Phase der divergenten Wellen 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Objekt

16 Vom Beugungsbild zur Abbildung
Die Öffnung (Apertur) des abbildenden Systems muss mindestens 2 Wellen erfassen Divergente Wellenfelder werden zu konvergenten umgelenkt (Linse) Am Ort der Überlagerung muss die Bildebene stehen (Fokussierung)

17 Das Auge

18 Intensität Richtung Phase
Konstruktion der Abbildung von zwei Streuzentren durch einige ebene Wellen Beiträge zur Abbildung: Intensität Richtung Phase

19 Da Capo

20 Anwendung der Beugung: Röntgenbeugung an Kristallen
Abbildung: Beugungsbild eines kubischen Kristalls, Für Röntgenlicht gibt es keine Linse: Das Objekt muss durch Fourier Transformation des Beugungsbilds erzeugt werden Röntgenröhre, Bremsstrahlung K2SnCl6 Gitterkonstante 1,0 nm , aufgenommen in Richtung der 4-zähligen Achse in Laue Geometrie, und Schema der Bildentstehung. Der Kristall ist zu groß gezeichnet, er wird in Wirklichkeit vom Strahl umspült.

21 „Erzwungene“ Schwingungen in Flüssigkeiten und Festkörpern
Bei kohärenter Anregung der Oszillatoren eines Mediums zeigt die resultierenden Welle eine kleinere Ausbreitungsgeschwindigkeit als im Vakuum: Brechung der „Strahlen“ beim Eintritt ins Medium Man „sieht“ deshalb die Grenzfläche zum Medium

22 Folge: Brechung des Lichts
Das Snelliussche Brechungsgesetz: Grundlage für die Funktion aller Linsen in Augen und in optischen Instrumenten

23 Das Snelliussche Brechungsgesetz
liegen immer in einer Ebene Ausbreitungsgeschwindig-keiten im Medium 1 und 2 Vektor des ins Medium gebrochenen Strahls i=1,2: Definition des Brechungsindex

24 Frequenzbereiche der Oszillatoren
Technische Schwingkreise Molekül-schwingungen Valenz Elektronen 380 nm Violett 7,9 1014Hz 780 nm rot 3,8 1014Hz Innere Orbitale Kern-reaktionen

25 Die Wechselwirkung von Strahlung mit Materie gliedert sich in:
Anregung eines Atoms durch Absorption und anschließende Emission: Inkohärente Streuung Wegen der unbestimmten Zeit zwischen Anregung und Emission (ca s) fehlt die feste Phasenbeziehung zwischen einfallender und ausfallender Welle, deshalb ist diese Strahlung für Beugung und Abbildung ungeeignet Erzwungene Schwingung der Valenz-Elektronen: Kohärente Streuung Feste Phasenbeziehung zwischen einfallender und ausfallender Welle, Grundlage für Beugung und Abbildung

26 finis