Elektromagnetische Wellen und Optik E3/E3p Vorlesung: Mo 8:20-9:50 Do 12:15-13:45 mit Pause Joachim Rädler Bert Nickel Christian Hundschell www.physik.uni-muenchen.de/lehre/vorlesungen/wise_18_19/e3-optik 1
Literatur Skript 2016/17 Th. Udem
Geschichte der Optik - geometrische Optik Naturphilosophen im alten Griechenland Hypothesen über das Wesen des Lichts, Platon Sehstrahlen ; Grundlagen der geometrischen Optik, geradlinige Ausbreitung, Reflexionsgesetz, Brechung in Wasser Heron von Alexandria (ca. - 100) Prinzip des kürzesten Weges Ibn Al Haitham Alhazen (965-1040) Linsen, sphärische Aberration, parabolische Spiegel Abbildung im Auge H. Lippershey (1587-1619) Fernrohr Johannes Kepler (1571-1630) Brechung (kleine Winkel), Fernrohr Galileo Galilei (1564-1642) Erste Anwendung der geom. Optik durch Konstruktion des Fernrohrs (Prioritätsstreit mit Scheiner über Entdeckung der Sonnenflecken) Willebrord Snellius (1591-1626) 1621 Brechungsgesetz (Descartes etwas später)
Geschichte der Optik - Wellenlehre Francesco Grimaldi (1618-1663) Beobachtung von Beugung Robert Hooke (1635-1703) Beugung, Interferenzerscheinungen Farberscheinungen von dünnen Blättchen Isaac Newton (1642-1727) 1666: Farbzerlegung von weißem Licht Korpuskulartheorie des Lichtes (bereits von Descartes diskutiert) Erklärung für die Zweiseitigkeit von Licht 1717 Christian Huygens (1629-1695) Wellen im Lichtäther, der alle Körper durchdringt Erklärung der Brechung durch Elementarwellen Wellen waren damals grundsätzlich longitudinale Wellen! Pierre de Fermat (1601-1665) Lichtausbreitung, Brechung (Licht im Medium langsamer)
Geschichte der Optik - Wellenlehre Ole Christensen Rømer (1644-1710) Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit aus Verfinsterung der Jupitermonde Etienne Malus (1775-1812) 1808 Polarisation von reflektiertem Licht Thomas Young (1773-1829) Interferenzprinzip, 1801 Erweiterung der Wellentheorie Jean Fresnel (1788-1827) Anhänger der Wellentheorie, Preisschrift 1819, stark mathematisch Elementarwellen und Interferenz (Young) vereinigt Theorie der Transversalwellen L 1 Josef Fraunhofer (1787-1826) Optisches Glas, quantitative Experimente zur Beugung, Beugungsgitter (1821), Wellenoptik wird praktikabel
Geschichte der elektromagnetischen Wellen Michael Faraday (1791-1867) Experimente zur magnetischen Induktion 1845 Drehung der Polarisation (Verbindung von Licht und el.-magn Feldern) Hippolyte Fizeau (1819-1896) 1849: erste erdgebundene Messung der Lichtgeschwindigkeit (im Medium) James Clark Maxwell (1831-1879) ca. 1873 Maxwell Gleichungen; Elektromagnetische Wellen - Licht Heinrich Hertz (1857-1894) 1888: Erzeugung und Nachweis einer elektromagnetischen Welle Michelson (1852-1931) and Morley (1838-1923) 1887: Keine Relativbewegung Äther-Erde Albert Einstein (1879-1955) Spezielle Relativitätstheorie vereinigt Elektromagnetismus und Mechanik
Elektromagnetische Wellen Thomas Udem 7
Übung Beispiel2.2 Gegeben ist die Funktion ü(r. f ) : exp l-+"*2 - bt2 + +t/ir rt), wobei o und b Konstanten sind. Beschreibt diese Funktion eine Welle? Wenn ja, geben Sie die Geschwindigkeit und die Richtung ihrer Propagation an. Lösung Wir faktorisieren den Ausdruck in der Klammer:,1,@,,t) - exp l-+"1" - tß@d'l. Dies ist eine zweimal differenzierbare Funktion von (r - ul) und somit eine Lösung von Gl. (2.11), d. h., sie beschreibt eine Welle. Für sie gilt u : it/il", und sie propagiert in die positive r-richtung. Aus: Hecht, Optik, Seite 28
Mechanische Wellen Tritt eine Störung ξ zum Zeitpunkt t = 0 an der Stelle z = z 0 auf und breitet sich ungedämpft mit der Geschwindigkeit v aus, dann befindet sie sich zum Zeitpunkt t 1 an der Stelle z 1. Þ Þ ξ ist konstant für alle Werte Þ Wellen- Gleichung
Wellen Lsg von Wellen- Gleichung - Eine Schwingung, die sich räumlich ausbreitet ist eine Welle. - Eine klassische Welle transportiert Energie aber keine Masse. Jedes Teilchen schwingt an seinem Ort aber bleibt dort gebunden. Transversale Wellen: Longitudinale Wellen:
Wellen - Eine Schwingung, die sich räumlich ausbreitet ist eine Welle. - Eine klassische Welle transportiert Energie aber keine Masse. Jedes Teilchen schwingt an seinem Ort aber bleibt dort gebunden. Transversale Wellen: Longitudinale Wellen:
Wasserwellen Bewegung des Wassers in der Schwerewelle Dispersion von Wasserwellen