Moderne Physik. Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Photonen als Quantenobjekte. LC-Kreis - Schwingkreis. Sinusoszillator (HF-Generator)

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Holger Althaus
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1 LC-Kreis - Schwingkreis Moderne Physik Kondensator (C Kapazität) Spule (L Induktivität) Elektromagnetische Schwingungen und Wellen Photonen als Quantenobjekte I max I max U max U max Elektromagnetische Schwingung Sinusoszillator (HF-Generator) Energieverluste gedämpfte Schwingung Energiezufuhr ungedämpfte Schwingung elektrische Energie magnetische Energie f LC 3 4

2 Elektromagnetische Welle Transversal! Z. B. Radiowellen c = m s 5 6 Einige medizinischen nwendungen Diathermie - Behandlungsmethoden Kurzwellentherapie (7 MHz) Kondensatorfeldmethode Spulenfeldmethode Strahlenfeldmethode Dezimeterwellentherapie (433 MHz) Mikrowellentherapie (400 MHz) C h uskopplungsschwingkreise uskopplungsschwingkreise L h L k C kapacitive Elektroden L k C induktive Elektrode (Spule) 7 8

Elektrochirurgie Stromquelle Schneidelektrode Hilfselektrode 9 0 Das gesamte

der elektromagnetischen Wellen Diese Geschwindigkeit stimmt so gut mit der

haben, das Licht (sowie die Wärmestrahlung, aber auch andere Strahlungen,

von Wellen durch das elektromagnetische Feld, den Gesetzen des

3 Elektrochirurgie Stromquelle Schneidelektrode Hilfselektrode 9 0 Das gesamte elektromagnetische Spektrum c = m s Über die usbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen Diese Geschwindigkeit stimmt so gut mit der Lichtgeschwindigkeit überein, daß wir anscheinend allen Grund zur nnahme haben, das Licht (sowie die Wärmestrahlung, aber auch andere Strahlungen, wenn es solche gibt) sei eine elektromagnetische Störung, die sich in Form von Wellen durch das elektromagnetische Feld, den Gesetzen des Elektromagnetismus entsprechend, fortpflanzt. Maxwell: Dynamical Theory of the Electromagnetic Field (859) 3

bsorptionsvermögen der Erdatmosphäre für

Eigenschaften Wiederholung mit einigen Ergänzungen

lebendige Sonne, die das Leben bestimmt!

Lichtbereiche c = 3 0 8 m s P P J 4r Wellenlänge UV

4 bsorptionsvermögen der Erdatmosphäre für elektromagnetische Wellen: Das Licht und seine Eigenschaften Wiederholung mit einigen Ergänzungen Schön erscheinst du im Horizonte des Himmels, du lebendige Sonne, die das Leben bestimmt! (Pharaoh Echnaton). Energietransport Lichtintensität (Strahlungsintensität, Leistungsdichte, J): E P J W J t m s m Senkrecht! 3 4 Im Falle einer punktförmigen Lichtquelle: Lichtbereiche c = m s P P J 4r Wellenlänge UV VIS IR Geradlinige usbreitung Geometrische Optik (Strahlenoptik) 3. (elektromagnetische) Welle Interferenz, Beugung, Polarisation Wellenlänge, Frequenz Frequenz Lichtbereiche 5 6 4

Intensität J Optische Spektren Emissionsspektrum J λ

bsorbanz (), die Definition siehe später.

Bandenspektrum kontinuierliches Spektrum genauer 7 8

Intensität (J 0 ) bsorbanz (): J lg J 0 durchtretende Intensität

5 Intensität J Optische Spektren Emissionsspektrum J λ bsorptionsspektrum Wellenlänge λ Wellenlänge λ Eine neue Größe: bsorbanz (), die Definition siehe später. Emissionslinien bsorptionslinien Spektrumtypen: Linienspektrum Bandenspektrum kontinuierliches Spektrum genauer 7 8 Lichtabsorption Beispiele für Emissionsspektren Einfallende Intensität (J 0 ) bsorbanz (): J lg J 0 durchtretende Intensität (J) = (dekadische) Extinktion (E) = optische Dichte (OD) Zum Beispiel: J 0 =00 W/m J (W/m ) Wellenlänge (nm) 9 0 5

bsorbanz Beispiele für bsorptionsspektren Emissionsspektrum - bsorptionsspektrum Bedeutung der Ozonschicht! Symmetrie! c f Lichtelektrischer Effekt (Photoeffekt) 4.

wie groß E ist; f G f Elektronen werden ausgelöst n wächst mit wachsender E v wächst mit wachsender f n v Man beobachtet: die Zahl der ausgelösten Elektronen (n) die Geschwindigkeit der

den Metall m e v e Planck-Konstante (plancksches Wirkungsquantum) h = 6,63 0 34 Js Kinetische Energie des ausgelösten Elektrons f < f G, also hf < hf G = n = 0, egal wie viele Photonen

6 bsorbanz Beispiele für bsorptionsspektren Emissionsspektrum - bsorptionsspektrum Bedeutung der Ozonschicht! Symmetrie! c f Lichtelektrischer Effekt (Photoeffekt) 4. Teilchencharakter E Man variiert: die Frequenz (f) des Lichtes die Gesamtenergie (E) des Lichtes f Ergebnisse: Es gibt eine minimale Grenzfrequenz (f G ), für welche f < f G n = 0, egal wie groß E ist; f G f Elektronen werden ausgelöst n wächst mit wachsender E v wächst mit wachsender f n v Man beobachtet: die Zahl der ausgelösten Elektronen (n) die Geschwindigkeit der Elektronen (v) 3 Einstein (905): Modell des Lichtes Photon Photonenenergie (e): e h f Energieerhaltung: Energie des einfallenden Photons Erklärung: W = e G = h f G e W ustrittsarbeit für den Metall m e v e Planck-Konstante (plancksches Wirkungsquantum) h = 6, Js Kinetische Energie des ausgelösten Elektrons f < f G, also hf < hf G = n = 0, egal wie viele Photonen einfallen, also wie groß E ist; f G f, also e überschreitet Elektronen werden ausgelöst und mehr solche Photonen können mehr Elektronen auslösen; energiereicheres Photon löst schnelleres Elektron aus 4. Teilchencharakter 4 6

7 Gegenfeldmethode: Strom Einstein-Gerade: m e e v eu hf W Die Spannung U wird so lange erhöht, bis die Stromstärke auf Null fällt: m e v e eu 5 6 MeV Das gesamte elektromagnetische Spektrum kev ev 0,0 ev 00 nm 400 nm 800 nm mm dm Theorie: Duden 4.6., 4.6. (S.35- nicht!) und (zur Wiederholung) 6.. +Vorlesungsskript!! Rechenaufgaben: - ufgabenblatt 3 (Moderne Physik ) - Duden Seite 357: ufgaben, 3, 8,, 6 und 8 - Duden Seite 48: ufgaben 3, 4, 6, 8 und

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