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Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V6 17.01.2007
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Der schwingende Dipol (Hertzscher Dipol):
Dipolachse
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2Ablösung der elektromagnetischen Wellen vom Dipol
Dipolachse
KEINE Abstrahlung in Richtung der DipolachseMaximale Abstrahlung senkrecht zur Dipolachse
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3Entstehung elektromagnetischer Wellen:
veränderliches E-Feld
erzeugt -> veränderliches B-Feld
erzeugt -> veränderliches E-Feld-> usw.
em-Strahlung entsteht immer, wenn Ladungen beschleunigt werden
Ladungen:schwingenrauf und runter
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Ruhende Ladung: E-Feld
Bewegte Ladung (konstante Geschwindigkeit): + B-Feld
Beschleunigte Ladung: + em-Wellen
Ursache von E-Feld, B-Feld, em-Wellen:
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Elektromagnetische Wellen:
em Wave Appletem Wave Applet
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6Die Lichtgeschwindigkeit
Einstein (spezielle Relativitätstheorie):Es gibt keine größere Geschwindigkeitals die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
Einstein (spezielle Relativitätstheorie):Es gibt keine größere Geschwindigkeitals die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
(daraus ergibt sichz.B. Zeitdilatation, E = mc2 )
Im Vakuum: In Materie:
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Sichtbares Licht: 400nm < λ < 700nm
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Geometrische Optik:Beschäftigt sich mit dem Verhalten von Lichtstrahlen (= ideal schmales Lichtbündel)
Wellenoptik:Erklärt Effekte, die durch die Wellennatur des Lichtes entstehen und sich mit dem einfachen Bild von Lichtstrahlen nicht erklären lassen (Interferenz, Beugung, etc.)
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Interferenz:
Interferenz zweier Wellen (Applet) Wellenwanne (Applet)
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11Polarisation von elektromagnetische Wellen:
Polarisationsrichtung
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VertikalpolarisierteWelle
Einfallendesunpolarisiertes Licht
Polarisator (Schema)Analysator (Schema)
Erzeugung von linearer Polarisation mit einem Polarisationsfilter
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Zirkulare Polarisation:
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Beugung von Wasserwellen an einem engen Spalt
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.
Spaltbreite
Wellenlänge
Beugung von Wasserwellen an einer Kante
Breiter Spalt
Hindernis
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Beugung am Spalt:
Breiter Spalt:Welle wird auch in den
Schattenbereich gebeugt
Schmaler Spalt:Kugelwelle
Breite = wenige Vielfache von λEs treten deutliche
Maxima und Minima auf
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Erklärung der Beugung:
Lichstrahlen
Wellenfronten
Huygensches Prinzip (Huygens-Fresnelsches Prinzip):Jeder Punkt einer Welle ist Ausgangspunkt einer kugelförmigen Elementarwelle
Wellenfront
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17Beugung am Einfachspalt (Breite d):
Schirm
α1
α1
Spalt
Minimum1. Ordnung
Minimum2. Ordnung
Minimum1. Ordnung
Minimum2. Ordnung
dλα =1sin Maximum
0. Ordnung
d
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22 sin λα md =
Beugung am Einfachspalt (Breite d):
Schirm
d/2α
Parallele Lichtstrahlentreffen sich in einemPunkt (Schirm im ∞ !)
·
s
Spalt
Minimum1. Ordnung
Minimum2. Ordnung
Minimum1. Ordnung
Minimum2. Ordnung
Bei welchen Winkeln liegen die Minima?
αsin2ds =Gangunterschied s:
Minimum, wenn: ,...3,2,12 =⋅= mms λ
,...3,2,1sin min =⋅=⋅ mmd λα
Maximum0. Ordnung
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19Beugung am Einfachspalt: Verschiedene Spaltbreiten
,...3,2,1sin min =⋅= mm dλα
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20Beugung am Einfachspalt: Verschiedene Wellenlängen (Farben)
grün (λ ≈ 500nm)
rot (λ ≈ 700nm)
,...3,2,1sin min =⋅= mm dλα
größere Wellenlängen werden stärker gebeugt als kleine
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21Beugung am Gitter (Gitterabstand d):
d·
s
α
·
·
·
·
Bedingung für Maxima:
Gangunterschied s: ,...2,1,0=⋅= mms λαsin⋅= dsmit
,...2,1,0sin max =⋅=⋅ mmd λα
Je mehr Spaltebeleuchtet werden,desto höher und schärfer die Maxima