Beugung

1. Beugung Das Übergreifen einer Wellein den geometrischen Schattenraumbezeichnet man als Beugung. Kapitel 12.6 Wellenoptik

2. 12.6.2 Beugung Versuch: Vom hinteren Ende des Physiksaals aus beobachten wir durch einen Vorhangstoff eine am Pult stehende brennende Kerze. Ergebnis: Man sieht die Flamme mehrmals. Diese Erscheinungen nennt man Beugungserscheinungen. Kapitel 12.6 Wellenoptik

3. Fortpflanzungsrichtung Wellenfronten Elementarwellen Huygenssches Prinzip Jeder Punkt einer Wellenfläche istAusgangspunkt einer Elementarwelle.Die Einhüllende dieser Elementarwellenbildet eine neue Wellenfläche. Kapitel 12.6 Wellenoptik

4. Beugung am Einzelspalt Kapitel 12.6 Wellenoptik

5. Beugung am Doppelspalt Kapitel 12.6 Wellenoptik

6. d   n 12.6.2.1 Beugung am Doppelspalt Versuch: Laser, davor wird ein Dia mit Doppelspalt aufgestellt. Ergebnis: Am Schirm können helle "Punkte" und dunkle Abschnitte beobachtet werden. Beugungsmaximak-ter Ordnung k = 0, 1, 2, 3, … Kapitel 12.6 Wellenoptik

7. d   n Auslöschung: Beugungsminimak-ter Ordnung k = 0, 1, 2, 3, … Kapitel 12.6 Wellenoptik

8. d   n 12.6.2.2 Beugung am Gitter d … Gitterkonstante Beugungsmaxima k-ter Ordnung Kapitel 12.6 Wellenoptik

9. Beugung am Gitter Kapitel 12.6 Wellenoptik

10. Führe die Schülerversuche zu Beugung am Gitter und Bestimmung der Wellenlänge des Lichts durch! Beugung am Gitter Versuchsaufbau: • Führe folgende Aufgaben durch: • Bilde den Spalt scharf auf den Schirm ab! • Setze auf den Kondensor ein rotes Farbglas! (monochromatisches Licht) • Gib das Gitter (100 Striche/cm) zwischen Abbildungslinse und Schirm! • Schreibe die Beobachtung auf! • Entferne das Farbglas! Was verändert sich? • Verwende ein Rowland-Gitter (600 Striche/mm) • Was bewirkt die neue Gitterkonstante? Versuche einen Zusammenhang zwischen Gitterkonstante und Beugungswinkel zu finden! • Welche Farbe wird am stärksten gebeugt? • Vergleiche mit dem Prismenspektrum! Kapitel 12.6 Wellenoptik

11. 2 Öffnungen 3 Öffnungen 4 Öffnungen 5 Öffnungen 10 Öffnungen 20 Öffnungen Beugung am Gitter Kapitel 12.6 Wellenoptik

12. 12.6.2.3 Wellenlängenmessung mit Gitter Versuchsaufbau: wie vorhin mit Rowlandgitter Aufstecken von Farbgläsern. Aufgabe: Bestimme die Wellenlänge von verschiedenen Farbgläsern! Wir messen: a, l . Wir berechnen Kapitel 12.6 Wellenoptik

13. rot 700 4,3 gelb 580 5,2 grün 530 5,7 blau 480 6,3 violett 400 7,5 weiß: kontinuierliches Gitterspektrum Bestimmung der Lichtwellenlänge  (nm) f=c/ (1014Hz) Kapitel 12.6 Wellenoptik

14. Schmetterlingsflügel Beugung am Schmetterlingsflügel Kapitel 12.6 Wellenoptik

15. 120mm 780nm 1,6m 0,83m ~700MB Disc-Durchmesser Laser  Spurabstand minimale Pitlänge Kapazität 120mm 635 – 650nm 0,74m 0,4m Single ~4,7GBDual ~8,5GB Compact Disc – Digital Versatile Disc CD DVD Kapitel 12.6 Wellenoptik

16. Beugung am Einzelspalt  a  n Ende Beugung am Einzelspalt Beugungsminiman-ter Ordnung Kapitel 12.6 Wellenoptik

17. Kapitel 12.6 Wellenoptik

18. 12.6.3 Polarisation polarisation Kapitel 12.6 Wellenoptik

19. Die bisherigen Wellen-Erscheinungen (Interferenz, Beugung) ließen noch keine Klärung zu, ob es sich bei Licht um transversale oder longitudinale Wellen handelt. Malus entdeckte 1808 eine gewisse Seitlichkeit des Lichts bei gewissen Versuchen. (Abweichung von der Symmetrie.) Diese Abweichung bezeichnete man Polarisation. Im allgemeinen ist das Licht einer Lichtquelle nicht polarisiert, die einzelnen Lichtwellen schwingen in beliebigen Richtungen. Das menschliche Auge hat auch keine Möglichkeit, die Polarisation festzustellen. Kapitel 12.6 Wellenoptik

20. „Äther“-wellen Thomas Young Christian Huygens Etienne Louis Malus 1808 Polarisation Licht  elastische Welle im „ÄTHER“ (Longitudinalwelle)  Transversalwelle Kapitel 12.6 Wellenoptik

21. Mechanischer Modellversuch Kapitel 12.6 Wellenoptik

22. Verblüffender Versuch Kapitel 12.6 Wellenoptik

23. 12.6.3.1 Polarisation durch Polarisationsfilter: Versuch: Verwende zwei Polarisationsfilter und lege sie übereinander! Drehe sie gegeneinander! Was stellst du fest? Ergebnis: Stehen Polarisator und Analysator parallel, geht das Licht durch, stehen sie aufeinander normal, geht Licht nicht mehr durch den Analysator. Polarisationsfilter sind durchsichtige Kunststofffolien, die aus langgestreckten Molekülen aufgebaut sind. Diese Moleküle werden bei der Herstellung der Folie durch "Strecken" parallelgerichtet, so dass eine Vorzugsrichtung entsteht. Mit Polarisationsfiltern wird linear polarisiertes Licht erzeugt. http://www.iap.uni-bonn.de/P2K/polarization/polarizationI.html Kapitel 12.6 Wellenoptik

24. 12.6.3.2 Polarisation durch Reflexion: Versuch: Schaue durch ein Polarisationsfilter Schräg zur Fensterscheibe! Drehe das Polarisationsfilter! Ändere den Winkel zwischen dem Lot der Fensterscheibe und deiner Blickrichtung! Ergebnis: An Gläsern und Wasserflächen reflektiertes Licht ist linear polarisiert. Brewstergesetz Stehen der reflektierte und der gebrochene Strahl aufeinander normal, so ist der reflektierte Strahl (optimal) linear polarisiert. Die Polarisationsebene ist normal auf die Einfallsebene. Kapitel 12.6 Wellenoptik

25. Brewstergesetz    Zum Brewster-Winkel: + ß = 90° 1813 David Brewster tan B = n12 ........ Brewster-Gesetz B … Brewsterwinkel Kapitel 12.6 Wellenoptik

26. 12.6.3.3 Polarisation durch Streuung Versuch: Ein Wassertrog wird mit parallelem Licht durchstrahlt. Seitlich betrachten wir den Wasserstrahl mit einem Polarisationsfilter. Ergebnis: Das gestreute Licht ist teilweise polarisiert. Die Polarisationsebene steht normal auf die Strahl- und die Streurichtung. Beispiele: Streulicht des Himmels Kapitel 12.6 Wellenoptik

27. Himmelslicht http://www.uni-bonn.de/iap/P2K/polarization/polarizationI.html Kapitel 12.6 Wellenoptik

28. Polarisation des Himmelslicht Kapitel 12.6 Wellenoptik

29. 12.6.3.4 Polarisation durch Doppelbrechung außerordentlicher Strahl ordentlicher Strahl optische Achse Doppelbrechung Kapitel 12.6 Wellenoptik

30. Versuch: Kalkspatkristall zeigen! Ergebnis: Bei Drehen des Analysators können wir auf dem Schirm 2 Kreise sehen, deren Helligkeit schwankt. Ordentlicher und außerordentlicher Strahl sind normal aufeinander polarisiert. Kapitel 12.6 Wellenoptik

31. /4-Plättchen außerordentlicher Strahl ordentlicher Strahl optische Achse optische Achse Kapitel 12.6 Wellenoptik

32. Linear-, zirkularpolarisiert Linear polarisierte Welle Zirkular polarisierte Welle Kapitel 12.6 Wellenoptik

33. 12.6.3.5 Drehung der Polarisationsebene durch optisch aktive Substanzen - Spannungsoptik 1. Verwendung von monochromatischem Licht Ergebnis: Ein Quarz zwischen zwei gekreuzten Pol.-Filtern lässt das Licht wieder durchtreten.  Drehung der Polarisationsebene. 2. Bei Verwendung von weißem Licht treten Farberscheinungen auf. → Rotationsdispersion. Verwendet man anstelle von Quarz Plexiglas oder Zellophan, so erhält man auch Farberscheinungen. Kapitel 12.6 Wellenoptik

34. Bestimmung des Zuckergehalts einer Rohrzuckerlösung: Auch eine Rohrzuckerlösung dreht je nach Zuckergehalt die Polarisationsebene. Diese Eigenschaft wird im Saccharimeter angewandt. Viele durchsichtige Substanzen zeigen bei Druck- oder Zugbeanspruchungen doppelbrechende Eigenschaften.  Spannungsdoppelbrechung. (Versuchsanordnung wie im obigen Versuch mit Quarz) Wird zu Materialprüfungen verwendet. Modelle aus Plexiglas. Kapitel 12.6 Wellenoptik

35. 12.6.3.6 Der Faradayeffekt Wird zwischen zwei gekreuzte Polfilter ein Glasstab, der in die Polschuhe eines Elektromagneten eingelassen ist, gebracht, so wird bei Anlegen des Magnetfeldes die Polarisationsebene gedreht. Legt man ein Wechselfeld an so schwankt die Lichtstärke. Dies kann man sich bei der Übertragung von Information zunutze machen. Kerreffekt: Anstelle des magnetischen Feldes wird ein elektrisches Feld angelegt. (Kerrzelle) Kapitel 12.6 Wellenoptik

36. 1 2 Ende LCD - Anzeige Ein elektrisches Feld zerstört die Verdrillung der Moleküle. Die Zelle wird lichtundurchlässig. keine angelegte Spannung http://www.uni-bonn.de/iap/P2K/laptops/calculator.html Kapitel 12.6 Wellenoptik