Akkomodation des Auges

Transkript

1 Das Auge

2 Akkomodation des Auges

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5 Kurzsichtiges Auge mit Zerstreuungslinse zur Korrektur (um entfernte Objekte scharf zu sehen): 5 Weitsichtiges Auge mit Sammellinse zur Korrektur (für nahe Objekte): weit

6 6 Bildentstehung im Mikroskop: Das Objektiv erzeugt ein reelles Zwischenbild

7 7 Bildentstehung im Fernrohr:

8 8 Was ist die Natur des Lichtes? - Lichtstrahlen (geometrische Optik) - Elektromagnetische Welle (Interferenz, Beugung, Polarisation, ) - Licht (elektromagnetische Strahlung) besteht aus einzelnen Quanten = Photonen

9 Strahlung eines schwarzen Körpers mit Temperatur T 9 Alle Körper, die eine Temperatur T haben, senden elektromagnetische Strahlung aus (Intensität~T 4 ) Bei Raumtemperatur ist die Intensität gering, wir bemerken davon nichts. Bei höheren Temperaturen tritt Infrarotstrahlung auf, wir spüren Wärme vom Körper ausgehen. Bei noch höheren Temperaturen (~ 1000K) glühen die Körper sogar (rot glühendes Metall). Bei 2000K glühen die Körper gelb oder weiss. Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Intensitätsmaximum der elektromagn. Strahlung, zu immer kürzeren Wellenlängen. Idealisierter schwarzer Körper: Absorbiert alle Strahlung, die auf ihn fällt.

10 Wo kommt Schwarzkörperstrahlung vor? 10 Strahlung der Sterne: Farbe der Sterne Temperatur der Oberfläche Strahlung von glühendem Eisen, Stahl,

11 11 Elektromagnetisches Spektrum eines schwarzen Körpers der Temperatur T 1. Position des Maximums λ max T = mk Anwendung: Oberflächentemperatur der Sonne λ max = 500nm, T Oberfläche = 6000K 2. Form des Spektrums wurde erstmals von Max Planck erklärt. Klappt nur, wenn man annimmt, dass die Strahlung aus Quanten der Energie E = h f besteht. u λ 8πhc ( λ, T ) 5 hc / λ e 1 = λ kt 1 Plancksches Wirkungsquantum: h = Js

12 Unser Universum ist ein nahezu idealer schwarzer Körper mit T = 2.73K Es strahlt Mikrowellenstrahlung ab WMAP Satellit Gemessene Temperaturverteilung des Universums kurz nach dem Urknall (vor 13.7 Milliarden Jahren)

13 Nobelpreis 1978 J. Mather, G. Smoot Nobelpreis 2006

14 14 Heinrich Hertz Turm Hamburg Heinrich Hertz ( ) 1887 berühmtes Experiment: erstmaliger Nachweis em-wellen! (die Existenz von em-wellen wurde 1873 von James Maxwell vorhergesagt) Entdeckung des photoelektrischen Effekts

15 Photoelektrischer Effekt: 15 =

16 Deutung: Photoelektrischer Effekt 16 Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt; von A. Einstein Annalen der Physik 17, S (1905) Licht besteht aus Lichtquanten (Photonen) der Energie E = h f Nach der hier ins Auge zu fassenden Annahme ist bei Ausbreitung eines von einem Punkte ausgehenden Lichtstrahles die Energie nicht kontinuierlich auf größer und größer werdende Räume verteilt, sondern es besteht dieselbe aus einer endlichen Zahl von in Raumpunkten lokalisierten Energiequanten, welche sich bewegen, ohne sich zu teilen und nur als Ganze absorbiert und erzeugt werden können

17 17 Photon e - Photomultiplier

18 18 Albert Einstein ( ) 1905: Annus Mirabilis Spezielle Relativitätstheorie E = mc 2 Lichtquanten: Photonen Photoelektrischer Effekt Brownsche Bewegung 1916: Allgemeine Relativitätstheorie 1925: Bose-Einstein Kondensation Nobelpreis 1921 "for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect"

19 Historische Anmerkung 19 Einer der Hauptgegner der Relativitätstheorie in Deutschland: Philipp Eduard Anton Lenard ( ): Deutsche Physik Energie der Photoelektronen hängt nicht von Intensität, sondern nur von der Wellenlänge ab Nobelpreis für Arbeit mit Kathodenstrahlen 1936 erscheint Lenards vierbändiges Lehrbuch für Experimentalphysik "Deutsche Physik" Lenard über die Relativitätstheorie: Es war ein Judenbetrug, was man mit mehr Rassenkunde, als damals verbreitet war, auch von vornherein hätte vermuten können, da der Urheber Einstein Jude war." auch Nobelpreisträger können irren!!!

20 Einige Konsequenzen der speziellen Relativitaetstheorie: 20 Bewegt sich ein Objekt (Masse m) mit einer Geschwindigkeit v, die fast so gross wie die Lichtgeschwindigkeit c ist, stellt man fest, dass die klassischen Beziehungen: E kin = mv, p = m v, E = kin 2 p 2m nicht mehr gueltig sind. Stattdessen gelten die durch die (spezielle) Relativitaetstheorie gegebenen Zusammenhaenge (sh. naechtse Seite). Fuer v << c, sind die klassischen Beziehungen naeherungsweise richtig.

21 21 Masse und Energie (in der Relativitaetstheorie) Energie eines ruhenden Teilchens (m 0 heißt Ruhemasse): E = m 2 0 0c Energie und Impuls eines Teilchens (Ruhemasse m 0 ) : E p 2 = mc = γ m c 0 = m v = γ m0 2 v γ = 1 1 () v 2 c Beziehung zwischen Energie und Impuls E = p c + ( 2 m c ) 2 0 Teilchen mit Ruhemasse m 0 = 0 bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit v = c, für sie gilt E = pc (Beispiel: Photonen).

22 22 E = m c 2 From the soundtrack of the film, Atomic Physics. Copyright J. Arthur Rank Organization, Ltd., Image Brown Brothers, Sterling, PA. "It followed from the special theory of relativity that mass and energy are both but different manifestations of the same thing -- a somewhat unfamiliar conception for the average mind. Furthermore, the equation E is equal to m c-squared, in which energy is put equal to mass, multiplied by the square of the velocity of light, showed that very small amounts of mass may be converted into a very large amount of energy and vice versa. The mass and energy were in fact equivalent, according to the formula mentioned above. This was demonstrated by Cockcroft and Walton in 1932, experimentally."

23 23 Photonen, E=mc 2, Teilchen- und Antiteilchen (Magnetfeld zeigt aus der Bildebene)