Der schwingende Dipol (Hertzscher Dipol):

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Der schwingende Dipol (Hertzscher Dipol):
Dipolachse
Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin
Caren Hagner V6 17.01.2007
Ablösung der elektromagnetischen Wellen vom Dipol
2
Dipolachse
KEINE Abstrahlung in Richtung der Dipolachse
Maximale Abstrahlung senkrecht zur Dipolachse
3
Entstehung elektromagnetischer Wellen:
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
Ursache von E-Feld, B-Feld, em-Wellen:
Ruhende Ladung:
E-Feld
Bewegte Ladung (konstante Geschwindigkeit):
+ B-Feld
Beschleunigte Ladung:
+ em-Wellen
5
Elektromagnetische Wellen:
em
emWave
WaveApplet
Applet
6
Die Lichtgeschwindigkeit
Im Vakuum:
In Materie:
Einstein
Einstein(spezielle
(spezielleRelativitätstheorie):
Relativitätstheorie):
Es
Esgibt
gibtkeine
keinegrößere
größereGeschwindigkeit
Geschwindigkeit
als
die
Lichtgeschwindigkeit
als die Lichtgeschwindigkeitim
imVakuum
Vakuum
(daraus ergibt sich
z.B. Zeitdilatation, E = mc2 )
7
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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Polarisation von elektromagnetische Wellen:
Polarisationsrichtung
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Erzeugung von linearer Polarisation mit einem Polarisationsfilter
Analysator (Schema)
Polarisator (Schema)
Einfallendes
unpolarisiertes Licht
Vertikal
polarisierte
Welle
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Zirkulare Polarisation:
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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
Wellenlänge
Spaltbreite
Beugung von
Wasserwellen
an einem engen Spalt
Beugung von
Wasserwellen
an einer Kante
Hindernis
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Beugung am Spalt:
Breiter Spalt:
Breite = wenige Vielfache von λ
Welle wird auch in den
Es treten deutliche
Schattenbereich gebeugt
Maxima und Minima auf
Schmaler Spalt:
Kugelwelle
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Erklärung der Beugung:
Huygensches Prinzip (Huygens-Fresnelsches Prinzip):
Jeder Punkt einer Welle ist Ausgangspunkt einer kugelförmigen Elementarwelle
Lichstrahlen
Wellenfronten
Wellenfront
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Beugung am Einfachspalt (Breite d):
Minimum
2. Ordnung
Minimum
1. Ordnung
d
α1
α1
sin α1 =
Maximum
0. Ordnung
λ
d
Minimum
1. Ordnung
Minimum
2. Ordnung
Spalt
Schirm
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Beugung am Einfachspalt (Breite d):
Parallele Lichtstrahlen
treffen sich in einem
Punkt (Schirm im ∞ !)
Minimum
2. Ordnung
Minimum
1. Ordnung
d/2
·
α
Maximum
0. Ordnung
s
Minimum
1. Ordnung
Bei welchen Winkeln liegen die Minima?
Gangunterschied s:
Minimum, wenn:
Spalt
Minimum
2. Ordnung
s = d2 sin α
s = m ⋅ λ2 m = 1,2,3,...
λ
=m
dd2 sin
⋅ sinααmin
=m
2 ⋅ λ m = 1,2,3,...
Schirm
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Beugung am Einfachspalt:
Verschiedene Spaltbreiten
sinαmin = m ⋅ d m = 1,2,3,...
λ
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Beugung am Einfachspalt:
Verschiedene Wellenlängen (Farben)
sinαmin = m ⋅ λd m = 1,2,3,...
rot (λ ≈ 700nm)
grün (λ ≈ 500nm)
größere Wellenlängen werden stärker gebeugt als kleine
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Beugung am Gitter (Gitterabstand d):
Je mehr Spalte
beleuchtet werden,
desto höher und
schärfer die Maxima
·
d
·
α
s
·
·
·
Bedingung für Maxima:
Gangunterschied s:
mit
s = m ⋅ λ m = 0,1,2,...
s = d ⋅ sin α
d ⋅ sin α max = m ⋅ λ m = 0,1,2,...

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