Wechselstrom (Widerstand von Kondensator, Spule, Ohmscher Widerst.) Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen (Hertzscher Dipol)

Transkript

1 Heutiges Programm: 1 Wechselstrom (Widerstand von Kondensator, Spule, Ohmscher Widerst.) Elektrischer Schwingkreis Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen (Hertzscher Dipol) Elektromagnetische Wellen Licht

2 2 Widerstand im Wechselstromkreis: Ohmscher Widerstand: Induktiver Widerstand: Kapazitiver Widerstand:

3 Der elektrische Schwingkreis: Start mit aufgeladenem Kondensator 2. C entlädt sich über L, ein Magnetfeld baut sich auf. 3. Strom fließt weiter, selbst wenn C entladen ist, weil die Selbstinduktion den Stromfluss aufrecht erhalten will. C wird vollständig aufgeladen (umgekehrte Polarität wie bei Beginn). 4. C entlädt sich über L, ein Magnetfeld baut sich auf (umgekehrte Richtung wie bei 2.)

4 Der schwingende Dipol (Hertzscher Dipol): 4

5 Dipolschwingung: 5

6 Ablösung der elektromagnetischen Wellen vom Dipol 6 Dipolachse KEINE Abstrahlung in Richtung der Dipolachse Maximale Abstrahlung senkrecht zur Dipolachse

7 Entstehung elektromagnetischer Wellen: 7 em-strahlung entsteht immer, wenn Ladungen beschleunigt werden Ladungen: schwingen rauf und runter veränderliches E-Feld erzeugt -> veränderliches B-Feld erzeugt -> veränderliches E-Feld -> usw.

8 Erinnerung (Historischer Versuch): Tesla Transformator zur Erzeugung hoher Spannungen & em-wellen Extrem hohe Spannung Die 2 Spulen des Tesla Trafos Funkenstrecke Wechselspannung aus der Steckdose Netzgerät Kondensator Bringt man eine Leuchtstoffröhre in die Nähe, leuchtet diese auf (em-wellen!)

9 9 Ursache von E-Feld, B-Feld, em-wellen: Ruhende Ladung: Bewegte Ladung (konstante Geschwindigkeit): Beschleunigte Ladung: E-Feld + B-Feld + em-wellen

10 Elektromagnetische Wellen: 10 em emwave Applet Applet

11 Die Lichtgeschwindigkeit 11 Im Vakuum: In Materie: Einstein (spezielle Relativitätstheorie): Es Es gibt gibtkeine keinegrößere Geschwindigkeit als alsdie die Lichtgeschwindigkeit im imvakuum (daraus folgt z.b. Zeitdilatation und auch E = mc 2 )

12 12 Sichtbares Licht: 400nm < λ < 700nm

13 13

14 Geometrische Optik (nächste Vorlesung): Beschäftigt sich mit dem Verhalten von Lichtstrahlen (= ideal schmales Lichtbündel) 14 Wellenoptik (heute): Erklärt Effekte, die durch die Wellennatur des Lichtes entstehen und sich mit dem einfachen Bild von Lichtstrahlen nicht erklären lassen (Interferenz, Beugung, etc.)

15 Interferenz: 15 Interferenz zweier Wellen (Applet) Wellenwanne (Applet)

16 Polarisation von elektromagnetische Wellen: 16 Polarisationsrichtung

17 Erzeugung von linearer Polarisation mit einem Polarisationsfilter 17 Polarisator (Schema) Analysator (Schema) Einfallendes unpolarisiertes Licht Vertikal polarisierte Welle

18 Zirkulare Polarisation: 18

19 Beugung: Tritt auf wenn Wellen (jeder Art: auch Schallwellen oder Wasserwellen), auf einen Spalt oder ein Hindernis treffen, das in der Größenordnung der Wellenlänge (oder kleiner) liegt. Breiter Spalt 19 Beugung von Wasserwellen an einem engen Spalt Beugung von Wasserwellen an einer Kante Hindernis

20 Beugung am Spalt: 20 Breiter Spalt: Welle wird auch in den Schattenbereich gebeugt Breite = wenige Vielfache von λ Es treten deutliche Maxima und Minima auf Schmaler Spalt: Kugelwelle

21 Erklärung der Beugung: 21 Huygensches Prinzip (Huygens-Fresnelsches Prinzip): Jeder Punkt einer Welle ist Ausgangspunkt einer kugelförmigen Elementarwelle Lichstrahlen Wellenfronten Wellenfront

22 Beugung am Einfachspalt (Breite d): 22 Minimum 2. Ordnung d α 1 α 1 sinα 1 = λ d Minimum 1. Ordnung Maximum 0. Ordnung Minimum 1. Ordnung Minimum 2. Ordnung Spalt Schirm

23 Beugung am Einfachspalt (Breite d): Parallele Lichtstrahlen treffen sich in einem Punkt (Schirm im!) 23 Minimum 2. Ordnung d/2 s α Minimum 1. Ordnung Maximum 0. Ordnung Bei welchen Winkeln liegen die Minima? s = d 2 sinα Gangunterschied s: Minimum, wenn: λ s = m m,... 2 = 1,2,3 Minimum 1. Ordnung Minimum 2. Ordnung Spalt sin λ d2 α= m= 2 sin min m λ m =1,2,3,... Schirm

24 Beugung am Einfachspalt: Verschiedene Spaltbreiten 24 sinα = m λ m =1,2,3,... min d