Die Kohärenz von Licht - Versionsgeschichte

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Patrick.Nordmann am 19. Dezember 2017 um 21:26 Uhr

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Patrick.Nordmann am 29. März 2016 um 06:38 Uhr

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2012-12-02T00:16:48Z

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Inhaltsverzeichnis

* 1 Versuche
* 2 Erklärung
* 3 Erklärung Farben
o 3.1 Dispersion

[bearbeiten]
Versuche

* Bild des Tageslichtprojektors: Farbige Ränder
* Aquarium/Schwimmbad
* Prisma
* Linsen: Foto, etc.
* Sonnenuntergang

Sonnenuntergang
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Sonnenuntergang
[bearbeiten]
Erklärung

Wellenmodell: Huygenssches Prinzip und unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten LaTex: \frac{sin\alpha }{sin\beta } = LaTex: \frac{c_1}{c_2} = LaTex: \frac{n_1}{n_2} ; LaTex: \frac{1}{n} = LaTex: \frac{c}{c_1}
[bearbeiten]
Erklärung Farben
[bearbeiten]
Dispersion
Prisma
vergrößern
Prisma

* Lichtgeschwindigkeit hängt IM MEDIUM von der Frequenz (Farbe) ab.
* Bei mechanischen Wellen mit harmonischen Schwingungen ist das nicht der Fall.

Man kann also davon ausgehen, dass komplizierte, nicht lineare Effekte der Schwingung im Medium die Farbspaltung hervorrufen.

LaTex: c_M = LaTex: \frac{1}{\sqrt{\epsilon _0\mu _0}} LaTex: \cdot LaTex: \frac{1}{\sqrt{\epsilon _r\mu _r}} = LaTex: c_V_A_C LaTex: \cdot LaTex: \frac{1}{\sqrt{\epsilon _r\mu _r}}

Übergang Vakuum - Wasser

LaTex: \frac{1}{u} = LaTex: \frac{c}{c_W_a_s_s_e_r} = LaTex: \frac{1}{\sqrt{\epsilon _r\mu _r}} ; LaTex: u = LaTex: \sqrt{\epsilon _r\mu _r}

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 Das Licht eines Lasers scheint andere Eigenschaften zu haben als das einer Glühlampe.
-Verwendet man zum Betrieb des Michelson-Interferometer das Licht einer Glühlampe, so stellt man fest, das der Gangunterschied zwischen den beiden Teilstrahlen nicht zu groß sein darf. Ab einem Gangunterschied von ca.
+Verwendet man zum Betrieb des [[Das_Michelson_Interferometer|Michelson-Interferometers]] das Licht einer Glühlampe, so stellt man fest, das der Gangunterschied zwischen den beiden Teilstrahlen nicht zu groß sein darf. Ab einem Gangunterschied von ca. einem tausendstel Millimeter verschwindet das Interferenzmuster.
 Das Licht eines Lasers zeichnet sich dadurch aus, dass es
-*nur eine Wellenlänge (Farbe) hat ("zeitliche Kohärenz") und
+*nur eine Wellenlänge (Farbe) hat ("zeitliche Kohärenz"),
-*alle Wellenfronten die gleiche Ausbreitungsrichtung haben ("räumliche Kohärenz")
+*alle Wellenfronten die gleiche Ausbreitungsrichtung haben ("räumliche Kohärenz") und
 Das Licht von Glühlampen dagegen ist nirgens kohärent, denn es
-*ist ein Gemisch von vielen Wellenlängen und
+*ist ein Gemisch von vielen Wellenlängen,
-*wird in allen mögliche Richtungen ausgesendet.
+*wird in allen mögliche Richtungen ausgesendet und
 <gallery widths=180px heights=180px  perrow=2 >
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 Das hängt mit der unterschiedlichen Erzeugung des Lichtes zusammen.
 Die Glühwendel der Lampe wird elektrisch geheizt. Durch die hohe Temperatur "Wackeln" die Atome des Metallfadens sehr stark. Dabei werden die Elektronenhüllen auf höhere Energieniveaus angehoben. Nach einer gewissen Zeit geht die Elektronenhülle wieder in die energieärmere Position zurück. Dabei schwingt die Hülle und strahlt eine elektromagnetische Welle ab, welche die Anregungsenergie abtransportiert. Das nennt man "spontane Emission".
-<br/>Je nach Stärke der Anregung und Art des spontanen Rück-Übergangs schwingt die Elektronenhülle unterschiedlich, wodurch em-Wellen unterschiedlicher Frequenz ausgesendet werden.
 <br/>Weil die Emission spontan, also zufällig, ist, sind die Wellen der vielen verschiedenen Atome nicht koordiniert.
 <br/>Weil die Emission nur eine kurze Zeitdauer benötigt, werden kurze Wellenzüge von ca. <math>1000\,\rm nm-10.000\,\rm nm</math><ref>Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Koh%C3%A4renzl%C3%A4nge Kohärenzlänge] , [http://hirnablage.de/wp-content/uploads/physik/experimentalphysik/atomphysik/mahnke_luetgens_michelson.pdf Michelson-Interferometer] (Matthias Lütgens, 9. April 2005) und [https://www.physik.hu-berlin.de/de/nano/lehre/WS10-11/experimental2 Experimentalphysik für Biologen, Skript10, S.5] (Humboldtuni Berlin Wintersemester 2011)</ref> ausgesendet, die keine konstante Frequenz, sondern ein kleines Frequenzspektrum haben.
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 Interferenzversuche mit Glühlampenlicht sind deshalb immer nur mit einzelnen Wellenzügen eines Atoms möglich. Jeder Wellenzug erzeugt ein intensitätsschwaches Muster. Die räumliche Kohärenz erreicht man durch geeignete Blenden.
 LASER ist die Abkürzung für: "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". Bei einem Laser ist die Emmission der em-Welle eines Atoms nicht spontan. Die von außen dauerhaft angeregten Atome emitieren, wenn sie durch eine andere em-Welle dazu angeregt werden. Dadurch "hängen sich die Wellenzüge aneinander". Das dabei ausgesendete Licht ist kohärent.

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 Wieso ist der Nachweis von [[Der_Doppelspaltversuch_mit_Licht#Versuch:_Der_Doppelspalt-Versuch_mit_dem_Licht_einer_Glühlampe|Interferenz von Lichtwellen mit Licht von Glühlampen]] nur mit relativ komplizierten Versuchsaufbauten zu realisieren und mit Laserlicht ganz einfach?
 Das Licht eines Lasers scheint andere Eigenschaften zu haben als das einer Glühlampe.
 Das Licht eines Lasers zeichnet sich dadurch aus, dass es
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 *ist ein Gemisch von vielen Wellenlängen und
 *wird in allen mögliche Richtungen ausgesendet.
 Das hängt mit der unterschiedlichen Erzeugung des Lichtes zusammen.
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 <br/>Je nach Stärke der Anregung und Art des spontanen Rück-Übergangs schwingt die Elektronenhülle unterschiedlich, wodurch em-Wellen unterschiedlicher Frequenz ausgesendet werden.
 <br/>Weil die Emission spontan, also zufällig, ist, sind die Wellen der vielen verschiedenen Atome nicht koordiniert.
-<br/>Weil die Emission nur eine kurze Zeitdauer benötigt, werden kurze Wellenzüge von ca. <math>1000\,\rm nm</math> ausgesendet<ref>Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Koh%C3%A4renzl%C3%A4nge Kohärenzlänge]</ref>.
+<br/>Weil die Emission nur eine kurze Zeitdauer benötigt, werden kurze Wellenzüge von ca. <math>1000\,\rm nm-10.000\,\rm nm</math><ref>Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Koh%C3%A4renzl%C3%A4nge Kohärenzlänge] , [http://hirnablage.de/wp-content/uploads/physik/experimentalphysik/atomphysik/mahnke_luetgens_michelson.pdf Michelson-Interferometer] (Matthias Lütgens, 9. April 2005) und [https://www.physik.hu-berlin.de/de/nano/lehre/WS10-11/experimental2 Experimentalphysik für Biologen, Skript10, S.5] (Humboldtuni Berlin Wintersemester 2011)</ref> ausgesendet, die keine konstante Frequenz, sondern ein kleines Frequenzspektrum haben.
 Dadurch wird ein "Gemisch" von unterschiedlichen Wellenzügen verschiedener Frequenz erzeugt.
-Laser: Light Amplifikation by Stimulated Emmission of Radiation. Entscheidend ist die nichtzufällige sondern stimulierte Zustandsänderung eines angeregten Atoms. Eine Lichtwelle löst die Aussendung einer weiteren Lichtwelle aus. Die Lichtwellenportionen "hängen sich aneinander".
+Interferenzversuche mit Glühlampenlicht sind deshalb immer nur mit einzelnen Wellenzügen eines Atoms möglich. Jeder Wellenzug erzeugt ein intensitätsschwaches Muster. Die räumliche Kohärenz erreicht man durch geeignete Blenden.
 ==Links==
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 *[http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/altlast/57.pdf Kohärenz als lokale Eigenschaft einer Welle], mit vier einfachen, schönen Bildern zur Erklärung. (Friedrich Herrmann: Altlasten der Physik (57))
 *[http://www.physik.wissenstexte.de/kohaerenz.htm Kohärenz, zeitlich und räumlich; Definitionen und Beispiele.] (Wiebke Salzmann, Wissenstexte)
-*Wikipedia: [Kohärenz_(Physik)#Zeitliche_Kohärenz Zeitliche Kohärenz]
+*Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Kohärenz_(Physik)#Zeitliche_Kohärenz Zeitliche Kohärenz]
 ==Fußnoten==
 <references />

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 ([[Inhalt_Kursstufe|'''Kursstufe''']] > [[Inhalt_Kursstufe#Die Welleneigenschaften des Lichts|'''Die Welleneigenschaften des Lichts''']])
-Ausgangspunkt: Wieso ist der Nachweis von Interferenz von Lichtwellen mit Licht vn Glühlampen so schwierig und mit Laserlicht ganz einfach? (Vgl. die Versuchsaufbauten!)
+Das Licht eines Lasers zeichnet sich dadurch aus, dass es
-Führt zur Entstehung des Lichtes in den verschiedenen Quellen.
+Das Licht von Glühlampen dagegen ist nirgens kohärent, denn es
-Glühlampe: Anregung durch Wärme (Entropiezufuhr) "Wackeln" der Atome. Dabei werden die Atome auf unterschiedliche Energieniveaus angehoben. Bei ''spontaner Zustandsänderung'' der Elektronenhülle ("Elektron springt auf niedrigere Bahn") aussenden einer "Lichtwellenportion", also eines Wellenzuges mit beschränkter Energiemenge und begrenzter Ausdehnung.
+Das hängt mit der unterschiedlichen Erzeugung des Lichtes zusammen.
-Laser: Light Amplifikation by Stimulated Emmission of Radiation. Entscheidend ist die nichtzufällige sondern stimulierte Zustandsänderung eines angeregten Atoms. Eine Lichtwelle löst die Aussendung einer weiteren Lichtwelle aus. Die Lichtwellenportionen "hängen sich aneinander".
+Die Glühwendel der Lampe wird elektrisch geheizt. Durch die hohe Temperatur "Wackeln" die Atome des Metallfadens sehr stark. Dabei werden die Elektronenhüllen auf höhere Energieniveaus angehoben. Nach einer gewissen Zeit geht die Elektronenhülle wieder in die energieärmere Position zurück. Dabei schwingt die Hülle und strahlt eine elektromagnetische Welle ab, welche die Anregungsenergie abtransportiert. Das nennt man "spontane Emission".
+<br/>Je nach Stärke der Anregung und Art des spontanen Rück-Übergangs schwingt die Elektronenhülle unterschiedlich, wodurch em-Wellen unterschiedlicher Frequenz ausgesendet werden.
-Kohärenz ist häufig ein etwas unscharfer Begriff, der vor allem das experimentelle Gelingen eines Versuchs beschreibt.
+<br/>Weil die Emission spontan, also zufällig, ist, sind die Wellen der vielen verschiedenen Atome nicht koordiniert.
+<br/>Weil die Emission nur eine kurze Zeitdauer benötigt, werden kurze Wellenzüge von ca. <math>1000\,\rm nm</math> ausgesendet<ref>Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Koh%C3%A4renzl%C3%A4nge Kohärenzlänge]</ref>.
-Einfacher: Lokale Eigenschaft: In einem kleinen Raumgebiet:
-*gleiche Wellenlänge /Farbe (zeitliche Kohärenz)
-*gleiche Ausbreitungsrichtung (räumliche Kohärenz)
 ==Links==
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 *[http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/altlast/57.pdf Kohärenz als lokale Eigenschaft einer Welle], mit vier einfachen, schönen Bildern zur Erklärung. (Friedrich Herrmann: Altlasten der Physik (57))
 *[http://www.physik.wissenstexte.de/kohaerenz.htm Kohärenz, zeitlich und räumlich; Definitionen und Beispiele.] (Wiebke Salzmann, Wissenstexte)

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 ==Links==
-*[http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved=0CEwQFjAD&url=http%3A%2F%2Fwww.pohlig.de%2FPhysik%2FSchwingungenUndWellen%2FKohaerenz.ppt&ei=xZW6UNSwC8W2hQekhICgBw&usg=AFQjCNHvS0FAxfxDGk8BTRDRmmzF4F1Izw&cad=rja Eine Präsentation], welche die Kohärenz von Licht präzise, knapp und anschaulich zusammenfasst. (Michael Pohlig, Physikdidaktik Uni Karlsruhe)
+*VERALTET: [http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved=0CEwQFjAD&url=http%3A%2F%2Fwww.pohlig.de%2FPhysik%2FSchwingungenUndWellen%2FKohaerenz.ppt&ei=xZW6UNSwC8W2hQekhICgBw&usg=AFQjCNHvS0FAxfxDGk8BTRDRmmzF4F1Izw&cad=rja Eine Präsentation], welche die Kohärenz von Licht präzise, knapp und anschaulich zusammenfasst. (Michael Pohlig, Physikdidaktik Uni Karlsruhe)
 *[http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/altlast/57.pdf Kohärenz als lokale Eigenschaft einer Welle], mit vier einfachen, schönen Bildern zur Erklärung. (Friedrich Herrmann: Altlasten der Physik (57))
 *[http://www.physik.wissenstexte.de/kohaerenz.htm Kohärenz, zeitlich und räumlich; Definitionen und Beispiele.] (Wiebke Salzmann, Wissenstexte)

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		+	([[Inhalt_Kursstufe\|'''Kursstufe''']] > [[Inhalt_Kursstufe#Die Welleneigenschaften des Lichts\|'''Die Welleneigenschaften des Lichts''']])
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	Ausgangspunkt: Wieso ist der Nachweis von Interferenz von Lichtwellen mit Licht vn Glühlampen so schwierig und mit Laserlicht ganz einfach? (Vgl. die Versuchsaufbauten!)		Ausgangspunkt: Wieso ist der Nachweis von Interferenz von Lichtwellen mit Licht vn Glühlampen so schwierig und mit Laserlicht ganz einfach? (Vgl. die Versuchsaufbauten!)

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-    * 1 Versuche
+Ausgangspunkt: Wieso ist der Nachweis von Interferenz von Lichtwellen mit Licht vn Glühlampen so schwierig und mit Laserlicht ganz einfach? (Vgl. die Versuchsaufbauten!)
-    * 2 Erklärung
-    * 3 Erklärung Farben
-          o 3.1 Dispersion
-[bearbeiten]
+Führt zur Entstehung des Lichtes in den verschiedenen Quellen.
-Versuche
-    * Bild des Tageslichtprojektors: Farbige Ränder
+Glühlampe: Anregung durch Wärme (Entropiezufuhr) "Wackeln" der Atome. Dabei werden die Atome auf unterschiedliche Energieniveaus angehoben. Bei ''spontaner Zustandsänderung'' der Elektronenhülle ("Elektron springt auf niedrigere Bahn") aussenden einer "Lichtwellenportion", also eines Wellenzuges mit beschränkter Energiemenge und begrenzter Ausdehnung.
-    * Aquarium/Schwimmbad
-    * Prisma
-    * Linsen: Foto, etc.
-    * Sonnenuntergang
-Sonnenuntergang
+Laser: Light Amplifikation by Stimulated Emmission of Radiation. Entscheidend ist die nichtzufällige sondern stimulierte Zustandsänderung eines angeregten Atoms. Eine Lichtwelle löst die Aussendung einer weiteren Lichtwelle aus. Die Lichtwellenportionen "hängen sich aneinander".
-vergrößern
-Sonnenuntergang
-[bearbeiten]
-Erklärung
-Wellenmodell: Huygenssches Prinzip und unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten LaTex: \frac{sin\alpha }{sin\beta } = LaTex: \frac{c_1}{c_2} = LaTex: \frac{n_1}{n_2} ; LaTex: \frac{1}{n} = LaTex: \frac{c}{c_1}
+Kohärenz ist häufig ein etwas unscharfer Begriff, der vor allem das experimentelle Gelingen eines Versuchs beschreibt.
-[bearbeiten]
-Erklärung Farben
-[bearbeiten]
-Dispersion
-Prisma
-vergrößern
-Prisma
-    * Lichtgeschwindigkeit hängt IM MEDIUM von der Frequenz (Farbe) ab.
+Einfacher: Lokale Eigenschaft: In einem kleinen Raumgebiet:
-    * Bei mechanischen Wellen mit harmonischen Schwingungen ist das nicht der Fall.
+*gleiche Wellenlänge /Farbe (zeitliche Kohärenz)
-Übergang Vakuum - Wasser
+==Links==
+*[http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved=0CEwQFjAD&url=http%3A%2F%2Fwww.pohlig.de%2FPhysik%2FSchwingungenUndWellen%2FKohaerenz.ppt&ei=xZW6UNSwC8W2hQekhICgBw&usg=AFQjCNHvS0FAxfxDGk8BTRDRmmzF4F1Izw&cad=rja Eine Präsentation], welche die Kohärenz von Licht präzise, knapp und anschaulich zusammenfasst. (Michael Pohlig, Physikdidaktik Uni Karlsruhe)
-LaTex: \frac{1}{u} = LaTex: \frac{c}{c_W_a_s_s_e_r} = LaTex: \frac{1}{\sqrt{\epsilon _r\mu _r}} ; LaTex: u = LaTex: \sqrt{\epsilon _r\mu _r}
+*[http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/altlast/57.pdf Kohärenz als lokale Eigenschaft einer Welle], mit vier einfachen, schönen Bildern zur Erklärung. (Friedrich Herrmann: Altlasten der Physik (57))