Nobelpreis von 2018
https://www.youtube.com/watch?v=XjXLJMUrNBo
https://www.youtube.com/watch?v=_mjSjPcAsJM
https://www.youtube.com/watch?v=TZMheeoNdb0
https://www.youtube.com/watch?v=13VXGX2yR3k von etwa 1:30 bis 3:00
Montag, 25. November 2019
Donnerstag, 21. November 2019
Klausur
1a)
Durch die beiden Spalten dringen zwei Wellen, die miteinander interferieren. Zu jeder Stelle auf der Wand gehört ein bestimmter Gangunterschied beider Wellen. An hellen Stellen interferieren sie konstruktiv, an dunklen destruktiv, dazwischen teilweise konstruktiv.
Weil die Spalten eine bestimmte Breite haben, d.h. nicht unendlich dünn sind, nimmt die Intensität jeder einzelnen Welle nach außen hin ab und damit auch das Interferenzmuster. Es gibt eine Einhüllende Helligkeitskurve, die nach außen hin abnimmt.
b)
Kleine Winkel, wir rechnen also mit x/L = n*lambda/d.
Die Positionen der Maxima sind regelmäßig, die Abstände jeweils gleich.
Möglichst genau messen: Viele Maxima gemeinsam messen und dann teilen.
Vom Maximum n=-10 (links) bis n=+10 (rechts) sind es 9,4 cm.
Das heißt das Maximum n=10 ist 4,7cm rechts vom Hauptmaximum n=0.
Damit
d = 10*lambda*2,0m/0,047m
ergibt für lambda=633nm d=0,269mm, und für lambda=480nm d=0,204mm.
c)
rot statt blau: Die hellen Flecke rücken weiter auseinander. Das Muster wird vergrößert.
blau statt rot: Die hellen Flecke rücken näher zusammen. Das Muster wird verkleinert.
d)
Spalten näher zusammen: Die Maxima rücken weiter auseinander.
Spalten auseinander: Die Maxima rücken näher zusammen.
Die Einhüllende bleibt gleich. Sie hängt nur von der Einzelspaltbreite ab.
e)
Die Maxima werden heller und schmäler bzw. schärfer. Es erschinen schwache Zwischenmaxima. Bei k Spalten sind das k-2 Stück.
2a)
Zwischen Sende und Wand überlagern sich einlaufende und reflektierte Welle zu einer stehenden Welle. Die Bäuche sind durch Knoten getrennt, im Abstand lambda/2. Miss mit dem Empfänger die Lage der Minima, ihren Abstand. Berechne daraus lambda. Die Frequenz erhält man als f=c/lambda mit der Lichtgeschwindigkeit c=3,0*10^8 m/s.
b)
Man sieht ein breites Maximum in der Mitte und nach außen hin schwächer werdenen Nebenmaxima, die durch Minima getrennt sind. Die Nebenmaxima sind halb so breit wie das Mittlere.
c)
Winkel mit Minima bei sin(alpha_n) = n*lambda/b
Für b=5cm und lambda=15cm: 0°; 19,5°; 41,8°; 90°
Für b=4cm und lambda=10cm: 0°; 23,6°; 53,2°
3
Um ihn herum ist polarisiertes Licht auf zwei Arten.
Brewster-Winkel
Das vom See reflektierte Licht ist parallel zur Oberfläche polarisiert, also horizontal. Besonders stark beim Brewster-Winkel von tan(alpha)=1,4 (c_Luft/c_Wasser)
Rayleigh-Streuung
Das blaue Licht des Himmels ist polarisiert, und zwar in jedem Punkt quer zur Richtung, die von dort zur Sonne geht. Am stärksten an Punkten die im Winkelabstand 90° zur Sonne liegen.
Das weiß Herr R.
Er blickt auf geeigneten Punkte (Seeoberfläche oder Himmel) und dreht den Filter. Ist er besonders dunkel, steht er orthogonal zur Polarisationsrichtung des Lichts, wenn besonders hell, dann parallel. Das markiert sich Herr R.
4a)
Energie der Photonen
W=h f = h c/lambda
633nm (rot) -> W = 3,14*10^-19J = 1,96eV
534nm (gelbgrün) -> W = 3,72*10^-19J = 2,33eV
Das ist größer als die Austrittsenergie von Ba auf W und Cs (rot) sowie außerdem von K (grün).
Nur dort werden Elektronen ausgelöst, tritt ein Fotoeffekt auf.
b)
Es können immer nur einzelne Photonen Energie an ein Elektron abgeben, nicht mehrere zusammen. Auch wenn sehr sehr viele Photonen auftreffen, ist die Energie der einzelnen nicht groß genug, wenn die Wellenlänge zu lang bzw. Frequenz zu klein ist.
c)
Wellenlänge muss kleiner sein als eine bestimmte Grenze
Die ergibt sich aus lambda=h c/W
Das ist bei Aluminium 2,96*10^-7m= 296nm und bei Kadmium 308nm.
In beiden Fällen ist das UV-Licht.
Durch die beiden Spalten dringen zwei Wellen, die miteinander interferieren. Zu jeder Stelle auf der Wand gehört ein bestimmter Gangunterschied beider Wellen. An hellen Stellen interferieren sie konstruktiv, an dunklen destruktiv, dazwischen teilweise konstruktiv.
Weil die Spalten eine bestimmte Breite haben, d.h. nicht unendlich dünn sind, nimmt die Intensität jeder einzelnen Welle nach außen hin ab und damit auch das Interferenzmuster. Es gibt eine Einhüllende Helligkeitskurve, die nach außen hin abnimmt.
b)
Kleine Winkel, wir rechnen also mit x/L = n*lambda/d.
Die Positionen der Maxima sind regelmäßig, die Abstände jeweils gleich.
Möglichst genau messen: Viele Maxima gemeinsam messen und dann teilen.
Vom Maximum n=-10 (links) bis n=+10 (rechts) sind es 9,4 cm.
Das heißt das Maximum n=10 ist 4,7cm rechts vom Hauptmaximum n=0.
Damit
d = 10*lambda*2,0m/0,047m
ergibt für lambda=633nm d=0,269mm, und für lambda=480nm d=0,204mm.
c)
rot statt blau: Die hellen Flecke rücken weiter auseinander. Das Muster wird vergrößert.
blau statt rot: Die hellen Flecke rücken näher zusammen. Das Muster wird verkleinert.
d)
Spalten näher zusammen: Die Maxima rücken weiter auseinander.
Spalten auseinander: Die Maxima rücken näher zusammen.
Die Einhüllende bleibt gleich. Sie hängt nur von der Einzelspaltbreite ab.
e)
Die Maxima werden heller und schmäler bzw. schärfer. Es erschinen schwache Zwischenmaxima. Bei k Spalten sind das k-2 Stück.
2a)
Zwischen Sende und Wand überlagern sich einlaufende und reflektierte Welle zu einer stehenden Welle. Die Bäuche sind durch Knoten getrennt, im Abstand lambda/2. Miss mit dem Empfänger die Lage der Minima, ihren Abstand. Berechne daraus lambda. Die Frequenz erhält man als f=c/lambda mit der Lichtgeschwindigkeit c=3,0*10^8 m/s.
b)
Man sieht ein breites Maximum in der Mitte und nach außen hin schwächer werdenen Nebenmaxima, die durch Minima getrennt sind. Die Nebenmaxima sind halb so breit wie das Mittlere.
c)
Winkel mit Minima bei sin(alpha_n) = n*lambda/b
Für b=5cm und lambda=15cm: 0°; 19,5°; 41,8°; 90°
Für b=4cm und lambda=10cm: 0°; 23,6°; 53,2°
3
Um ihn herum ist polarisiertes Licht auf zwei Arten.
Brewster-Winkel
Das vom See reflektierte Licht ist parallel zur Oberfläche polarisiert, also horizontal. Besonders stark beim Brewster-Winkel von tan(alpha)=1,4 (c_Luft/c_Wasser)
Rayleigh-Streuung
Das blaue Licht des Himmels ist polarisiert, und zwar in jedem Punkt quer zur Richtung, die von dort zur Sonne geht. Am stärksten an Punkten die im Winkelabstand 90° zur Sonne liegen.
Das weiß Herr R.
Er blickt auf geeigneten Punkte (Seeoberfläche oder Himmel) und dreht den Filter. Ist er besonders dunkel, steht er orthogonal zur Polarisationsrichtung des Lichts, wenn besonders hell, dann parallel. Das markiert sich Herr R.
4a)
Energie der Photonen
W=h f = h c/lambda
633nm (rot) -> W = 3,14*10^-19J = 1,96eV
534nm (gelbgrün) -> W = 3,72*10^-19J = 2,33eV
Das ist größer als die Austrittsenergie von Ba auf W und Cs (rot) sowie außerdem von K (grün).
Nur dort werden Elektronen ausgelöst, tritt ein Fotoeffekt auf.
b)
Es können immer nur einzelne Photonen Energie an ein Elektron abgeben, nicht mehrere zusammen. Auch wenn sehr sehr viele Photonen auftreffen, ist die Energie der einzelnen nicht groß genug, wenn die Wellenlänge zu lang bzw. Frequenz zu klein ist.
c)
Wellenlänge muss kleiner sein als eine bestimmte Grenze
Die ergibt sich aus lambda=h c/W
Das ist bei Aluminium 2,96*10^-7m= 296nm und bei Kadmium 308nm.
In beiden Fällen ist das UV-Licht.
Dienstag, 5. November 2019
Montag, 4. November 2019
Lösungen zu den Aufgaben aus dem Buch - Licht mit Doppelspalt und Gitter
S194/6 Doppelspalt
Kleinwinkelnäherung, 4mm auf einer Entfernung von 3m ist ein SEHR kleiner Winkel.
Es geht um das Maximum mit n=1, also ist dort der Gangunterschied s = lambda
Damit ist die Gleichung
lambda/d = x/L
und umgestellt
lambda = d * x/L = 5e-4 * 4e-3 / 3 m = 6,67 e-7 m = 667 nm
f = c/lambda = 3e8/ 6,67e-7 Hz = 4,5e14 Hz
S194/9 Gitter
Hier kann man eine Kleinwinkelnäherung machen, auch wenn man bei x=26,4 cm im Abstand L=3m allmählich aus dem Bereich rauskommt. Ihr könnt es ja mal mit sin und tan nachrechnen und schauen, ob es große Abweichungen gibt.
n=1 lambda = d * x/L = 4e-5 * 8,7e-2 / 3,0 m = 11,6 e-7 m
n=2 lambda = d * x/(2L) = 4e-5 * 17,8e-2 /(2 * 3,0 m) = 11,9 e-7 m
n=3 lambda = d * x/(3L) = 4e-5 * 26,4e-2 /(3 * 3,0 m) = 11,7 e-7 m
Kleinwinkelnäherung, 4mm auf einer Entfernung von 3m ist ein SEHR kleiner Winkel.
Es geht um das Maximum mit n=1, also ist dort der Gangunterschied s = lambda
Damit ist die Gleichung
lambda/d = x/L
und umgestellt
lambda = d * x/L = 5e-4 * 4e-3 / 3 m = 6,67 e-7 m = 667 nm
f = c/lambda = 3e8/ 6,67e-7 Hz = 4,5e14 Hz
S194/9 Gitter
Hier kann man eine Kleinwinkelnäherung machen, auch wenn man bei x=26,4 cm im Abstand L=3m allmählich aus dem Bereich rauskommt. Ihr könnt es ja mal mit sin und tan nachrechnen und schauen, ob es große Abweichungen gibt.
n=1 lambda = d * x/L = 4e-5 * 8,7e-2 / 3,0 m = 11,6 e-7 m
n=2 lambda = d * x/(2L) = 4e-5 * 17,8e-2 /(2 * 3,0 m) = 11,9 e-7 m
n=3 lambda = d * x/(3L) = 4e-5 * 26,4e-2 /(3 * 3,0 m) = 11,7 e-7 m
Es handelt sich also um infrarotes Licht mit lambda = 11,7 e-7 m = 1,17 mikrometer
S194/10 Gitter mit weißem Licht, ergibt Farben
a) Der Stoff ist eine Überlagerung zweier Gitter in horizontaler (x-) und vertikaler (y-) Richtung. Die Vertikalen Fäden und Lücken dazwischen bewirken die Struktur in x-Richtung, die horizontalen eine Struktur in y-Richtung.
Weißes Licht ist aus vielen Wellenlängen mit einzelnen Farben zusammengesetzt. Jede Farbe hat ihr Maximum in einem zu ihrer Wellenlänge und den Fadenabständen passenden Winkel. Rotes Licht erscheint deshalb weiter außen, blaues weiter innen unter kleineren Winkeln.
Die Fäden sollten eng genug beienander liegen, also weniger als 1/4 mm Abstand haben, damit ein deutliches Muster sichtbar wird. Besser noch: weniger als 1/10 mm.
b) horizontal gedehnt --> d in x-Richtung wird größer --> Winkel der Maxima in x-Richtung werden kleiner --> die Nebenmaxima sind weniger weit rechts bzw. links vom Hauptmaxumum
außerdem wird sich der Stoff in vertikaler Richtung etwas zusammenziehen --> diese Maxima wandern weiter nach außen, also nach oben und unten weg vom Hauptmaximum
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