Der schwingende Dipol (Hertzscher Dipol): Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V

Transkript

1 Der schwingende Dipol (Hertzscher Dipol): 1 Dipolachse

2 Ablösung der elektromagnetischen Wellen vom Dipol 2 Dipolachse KEINE Abstrahlung in Richtung der Dipolachse Maximale Abstrahlung senkrecht zur Dipolachse

3 Entstehung elektromagnetischer Wellen: 3 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.

4 4 Ursache von E-Feld, B-Feld, em-wellen: Ruhende Ladung: Bewegte Ladung (konstante Geschwindigkeit): Beschleunigte Ladung: E-Feld + B-Feld + em-wellen

5 Elektromagnetische Wellen: 5 em emwave Applet Applet

6 Die Lichtgeschwindigkeit 6 Im Vakuum: In Materie: Einstein (spezielle Relativitätstheorie): Es Es gibt gibtkeine keinegrößere Geschwindigkeit als alsdie die Lichtgeschwindigkeit im imvakuum (daraus ergibt sich z.b. Zeitdilatation, E = mc 2 )

7 7 Sichtbares Licht: 400nm < λ < 700nm

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9 Geometrische Optik: Beschäftigt sich mit dem Verhalten von Lichtstrahlen (= ideal schmales Lichtbündel) 9 Wellenoptik: Erklärt Effekte, die durch die Wellennatur des Lichtes entstehen und sich mit dem einfachen Bild von Lichtstrahlen nicht erklären lassen (Interferenz, Beugung, etc.)

10 Interferenz: 10 Interferenz zweier Wellen (Applet) Wellenwanne (Applet)

11 Polarisation von elektromagnetische Wellen: 11 Polarisationsrichtung

12 Erzeugung von linearer Polarisation mit einem Polarisationsfilter 12 Polarisator (Schema) Analysator (Schema) Einfallendes unpolarisiertes Licht Vertikal polarisierte Welle

13 Zirkulare Polarisation: 13

14 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 14 Wellenlänge Spaltbreite Beugung von Wasserwellen an einem engen Spalt Beugung von Wasserwellen an einer Kante Hindernis

15 Beugung am Spalt: 15 Breiter Spalt: Welle wird auch in den Schattenbereich gebeugt Breite = wenige Vielfache von λ Es treten deutliche Maxima und Minima auf Schmaler Spalt: Kugelwelle

16 Erklärung der Beugung: 16 Huygensches Prinzip (Huygens-Fresnelsches Prinzip): Jeder Punkt einer Welle ist Ausgangspunkt einer kugelförmigen Elementarwelle Lichstrahlen Wellenfronten Wellenfront

17 Beugung am Einfachspalt (Breite d): 17 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

18 Beugung am Einfachspalt (Breite d): Parallele Lichtstrahlen treffen sich in einem Punkt (Schirm im!) 18 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

19 Beugung am Einfachspalt: Verschiedene Spaltbreiten 19 sinα = m λ m =1,2,3,... min d

20 Beugung am Einfachspalt: Verschiedene Wellenlängen (Farben) 20 sinα = m λ m =1,2,3,... min d rot (λ 700nm) grün (λ 500nm) größere Wellenlängen werden stärker gebeugt als kleine

21 Beugung am Gitter (Gitterabstand d): 21 d α Je mehr Spalte beleuchtet werden, desto höher und schärfer die Maxima s Bedingung für Maxima: Gangunterschied s: s = m λ m = 0,1,2,... mit s = d sinα d sinα max = m λ m = 0,1,2,...