A. Versuchsanleitung: Seite

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1 1Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Fakultät für Physik Fortgeschrittenenpraktikum II FP II Dynamische Lichtstreuung Inhalt A. Versuchsanleitung: Seite 1. Kurzbeschreibung Vorkenntnisse Aufgabenstellung Versuchsdurchführung (Seiten der Staatsexamensarbeit) 4.1 Einführung Theorie der dynamischen Lichtstreuung Berechnung des Streufeldes Molekularer Zugang Verschiedene Methoden der Lichtstreuung Die Filter-Methode Die Optical-Mixing-Technik Die Korrelationsfunktion Das Wiener-Khintchine Theorem Die Siegert Relation Speckles Korrelationsspektroskopie der Brownschen Bewegung Photonenkorrelation Auswirkung der Molekülgrößenverteilung auf die Korrelationsfunktion Korrelationsfunktionen mit zwei Relaxationen Die Williams-Watts Funktion Versuchsaufbau Einzelne Komponenten des Aufbaus Der Laser Die Glasfaser Der Photomultiplier Der Korrelator Shutter und Shuttersteuerung Herstellung der Proben Hinweise zur Versuchsdurchführung Justierung Datenkonvertierung und Auswertung

2 Seite 7. Einige Probemessungen mit der neuen Lichtstreuapparatur und ihre Auswertung Korrelation und zeitlicher Verlauf der primären Laserintensität Korrektur des Streuwinkels Untersuchungen an monodispersen Latexsuspensionen Untersuchungen an einer binären Mischung von Latexsuspensionen Eine erste Probemessung an einem gelösten Polymer Literaturverzeichnis B. Technische Hinweise 1. Versuchsaufbau (Foto) Versuchsaufbau (Blockbild) Zubehör zum Versuch (siehe Ordner am Versuch) C. Weiterführende Literatur 1. Berne, Pecora: Dynamic Light Scattering, John Wiley NY F. Reif: Statistische Physik und Physik der Wärme, de Gruyter Doi, Edwards: The Theory of Polymer Dynamics, Oxford

3 A. Versuchsanleitung 1. Kurzbeschreibung Dynamische Lichtstreuung hat die Untersuchung von dynamischen Prozessen in kondensierter Materie zum Ziel. Ein bekanntes Beispiel ist die Brillouin Streuung, die von Phononen in Kristallen und ähnlichen Anregungen in Flüssigkeiten herrührt. Man beobachtet dabei eine Frequenzverschiebung des gestreuten Lichtes. Für die wesentlich langsamere Dynamik der Diffusion muß eine alternative experimentelle Methode eingesetzt werden: Photonenkorrelationsspektroskopie (PKS). Man bestimmt dabei die Autokorrelationsfunktion der Intensität des gestreuten Lichtes. Aufgrund des Fluktuations-Dissipationstheorems steht diese im direkten Zusammenhang mit der im frequenzabhängigen Experiment erhaltenen spektralen Dichte. Die PKS soll nun verwendet werden, um die Brown'sche Bewegung großer kompakter Teilchen (Latexkugeln in Wasser) sowie knäuelförmiger Makromoleküle zu untersuchen. 2. Vorkenntnisse 1. Grundlagen von Streuexperimenten: Statischer und Dynamischer Strukturfaktor, Korrelationsfunktion 2. Photonenkorrelation, Siegert Relation, Optical Mixing, Kohlrausch-Williams-Watts-Funktion 3. Brown'sche Bewegung, Diffusion, hydrodynamischer Radius, Zimm Modell für Polymerlösungen 3

4 3. Aufgabenstellung 1. Die Apparatur ist zu justieren. Siehe Staatsexamensarbeit. Beachten Sie die Hinweise zum Umgang mit Laser und Photomultipler. 2. An einer Reihe von 4 Latexsuspension soll die Brown'sche Bewegung untersucht werden. Bestimmen Sie Diffusionskonstanten und Radien. 3. Der Effekt der Polydispersität soll an einer binären Mischung untersucht werden. 4. Charakterisieren Sie die Diffusion knäuelförmiger Makromoleküle in verdünnter Lösung. 4. Versuchsdurchführung Aufbau eines Praktikumsexperimentes zur dynamischen Lichtstreuung Staatsexamensarbeit vorgelegt von Dirk Weidner Fakultät für Physik Freiburg im Breisgau Juli

5 B. Technische Hinweise 1. Versuchsaufbau (Foto) 5

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7 2. Versuchsaufbau(Blockbild) 7