Mündlichblatt Nr. 9
Lichtentstehung, Dualismus vom Licht, Eigenschaften einer Lichtwelle
Lichtentstehung, Dualismus vom Licht, Eigenschaften einer Lichtwelle
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Lernkarten
Wie entsteht Licht?
- ein Elektron bekommt einen Energieimpuls
- es springt auf ein höhere Energieniveau= Elektronensprung oder Quantensprung
- da die Natur immer ein möglichst tiefes Energieniveau anstrebt, will das Elekron die zuvor aufgenommene Energie wieder abgeben
- es springt zurück auf sein vorheriges Energienivaue
- beim Rücksprung gibt es die zuvor aufgenommene Energie als elektromagnetische Welle wieder ab
- diese Welle nehmen wir dann als Licht wahr
- ein Elektron strahlt immer so viel Energie aus wie es zuvor aufgenommen hat
Wo kann Licht entstehen?
- überall wo es Materie und somit Atome mit einem positiven Kern und Elektronen gibt
- Licht entsteht in den Elektronenhüllen von Atomen
Was ist die Voraussetzung für einen Elektronensprung?
- das Elekrton muss ein bestimmtes Energiequantum (eine bestimmte Energiemenge) aufnehmen
- die benötigte Energie für diesen Sprung ist abhängig :
- von der Atomart→ grösserer Atomkern= stärkere Anziehungskraft
- vom Grundenergieniveau des entsprechenden Elektrons
Was sind Valenzelektronen?
- die Elektronen auf der äussersten Atomschale
- sie sind die einzigen Elektronen die eine Bindung mit einem anderen Elekron (einem anderen Atom) eingehen können
- haben ein hohe Energieniveau und sind deshalb besonders bindungsfreudig
Was versteht man unter dem Begriff Lichtemission?
- Lichtabstrahlung, Lichaussendung durch die Abgabe der Energie der Elektronen
Was ist ein Photon bzw. Lichtquant?
- ist eine Welle, welche aus einer elektromagnetischen Welle und einem Korpuskel besteht
- ein Korpuskel ist ein sehr kleines Masseteilchen
Wann entstehen energiereiche Quantensprünge?
- wenn das Elektron nah beim Kern spring
- wenn das Elektron über mehrere Energieniveaus springt
Wie breitet sich Licht in einem Raum aus?
kugelförmig
Wie entsteht kurzwelliges Licht?
- die abgestrahlte elektromagnetische Welle hat viel Energie
- sie hat eine hohe Frequenz= kurze Vakuumwellenlänge
Wie entsteht langweiligelliges Licht?
- die abgestrahlte elektromagnetische Welle hat wenig Energie
- sie hat eine niedrige Frequenz= lange Vakuumwellenlänge
Welche Lichtquellenarten gibt es?
- Selbstleuchter
- senden eigenes Licht aus
- Nichtselbstleuchter
- erzeugen selbst kein Licht
- werden gesehen weil sie das Licht reflektieren
- Temperaturstrahler
- wandeln die Energie zuerst in Wärme um und dann die Wärme in Licht
- glüht durch die Wärme
- Kaltlichtstrahler
- wandeln die zugeführte Energie direkt in Licht um
- haben sehr wenig Wärmeverlust
- natürliche Lichtquellen
- leuchten von sich aus ohne dass sich der Mensch daran beteiligt
- künstliche Lichtquellen
- werden vom Mensch hergestellt und/ oder zum Leuchten gebracht
Welchem Lichtquellentyp entsprechen die Sonne, Sterne, Bltze und Vulkane?
- natürliche Temperaturstrahler
- Slebstleuchter
Welchem Lichquellentyp entsprechen Glühlampen, Halogenlampen, Öllampen, Lagerfeuer, Kerzen und Fackeln?
- alle sind künstliche Temperaturstrahler
- Glühbirne und Halogenlampe, werden so lange erhitzt bis sie Licht aussenden
- bei den andern wird die Energie gespeichert und dann aktiviert bei Bedarf
Zu welchem Lichtquellentyp passen Leuchtkäfer, einige Tiefseefische, Leuchtbakterien, das Polarlicht, einzelne Kugelblitze und Kometenschweife?
- natürliche Kaltlichtstrahler
- Leuchtkäfer, Tiefseefische und Leuchtbakterien= wandeln Bioenergie in Licht um
- die anderen leuchten durch eine Gasentladung
Leuchtstoffröhren, Energiesparlampen, Leuchtstäbe. LED, Laser und das Display können zu welcher Lichtquelle zugeordnet werden?
- künstliche Kaltlichtstrahler
- zugeführte Energie wird direkt in Licht umgewandelt
Wie lautet die heute gültige Lichttheorie?
- Welle- Korpuskel- Dualismus
Was bedeutet Dualismus von Licht?
- Doppelcharakter des Lichts
- Licht hat einen Wellen- und einen Teilchencharakter
- Photon= aus einer elektromagnetischen Welle und einem Korpuskel
- Licht hat einen Wellen- und einen Teilchencharakter
Was besagt die Wellentheorie?
- Licht sei eine Wellenbewegung, die sich von einer Lichtquelle aus räumlich ausbreiten kann
- dehnt sich dreidimensional in alle Richtungen aus
- durch holländischen Physiker Christian Huygens vertreten
- lassen sich Lichtbrechung, Interferenz, Beugung; Polarisation und Reflexion erklären
Was besagt die Korpuskulartheorie?
- gefunden durch Isaac Newton
- Emissionstheori/ Lichtteilchentheorie
- nahm an, dass Licht aus kleinsten Materieteilchen (= Korpuskeln) besteht
- werden von der Lichquelle in grosser Anzahl und¨mit hoher Geschwindigkeit ausgeschleudert
- damit lassen sich die Lichtausbreitung, die Absorption, die reflexion und die Lichtemission erklären
Was besagt die elektromagnetische Wellentheorie?
- ist eine Ergänzung der Wellentheorie
- Maxwell fand heraus, dass Lich, Elektrizität und Magnetismus eng miteinander verknüpft sind
- damit lassen sich Dispersion und Spektralfarben erklären
Was besagt der Welle- Korpuskular- Dualismus?
- ist die heute gültige Lichttheorie
- demzufolge hat Licht einen Wellen- und einen Teilchencharakter
- Licht besteht aus einer elektromagnetischen Welle und einem dauz passenden Korpuskel (Energieteilchen)
Welche optischen Phänomene lassen sich mit der Korpuskulartheorie erklären?
- Lichtemission
- Lichtausbreitung
- Reflexion
- Comptoneffekt
- kurzwellige Strahlung wird in langwellige umgewandelt
- Photon prallt auf ein Elektron und gibt ihm einen Teil seiner Energie ab= Elektron macht einen Quantensprung
- Absorption
- Fotoeffekt
- Lichtteilchen dringen in Atomhülle von Metall ein= Atome werden durch den Aufprall vom Metall gelöst
Welche optischen Phänomene lassen sich mit der Wellentheorie erklären?
- Lichtbrechung
- Reflexion
- Interferenz
- Beugung
- Polarisation
Welche optischen Phänomene lassen sich mit dem Welle- Korpuskel- Dualismus erklären?
- Wellencharakter
- geradelinige Lichtausbreitung
- Lichtbrechung
- Interferenz
- Beugung
- Polarisation
- Reflexion
- Dispersion
- Spektralfarben
- Teilchencharakter
- Lichtemission
- Absorption
- Reflexion
- Fotoeffekt
- Comptoneffekt
Aus welchen 2 Teilwellen besteht eine Lichtwelle?
- einer elektrischenTeilwelle
- und einer magnetischen Teilwelle
- ergibt die elektromagnetische Welle
diese schwingen senkrecht zueinander= erreichen gleichzeitig ihre Höchst- bzw. Tiefstwerte
Was sind Transversalwellen?
- Wellen die senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung schwingen
- wie z.B. die Telwellen der elektromagnetischen Welle
Wie schnell ist die Lichtgeschwindigeit im Vakuum?
- 300 000 000m/s bzw. 300 000km/s
Was ist die Frequenz einer Welle?
Was bestimmt sie?
- gibt an wie viele Schwingungen eine Welle pro Sekunde macht
- bestimmt die Farbe und Energie einer Lichtwelle
- hohe Frequenz= Photonen mit grosser Quantenenergie
- die Grösse des Energiequants ist proportional zur Frequenz
- Licht ist immer farblos= Quantenenergie erzeugt eine Farbempfindung
- viel Energie= Violett
- wenig Energie= Rot
Was besagt die Periode einer Welle?
- gibt an wie lange eine komplete Sinusschwingung dauert
- ist von der Frequenz abhängig
- je grösser die Frequenz, desto kürzer die Periode
Was ist die Amplitude?
Was wird durch sie bestimmt?
- enstpricht der Schwingungshöhe einer Welle
- wird in eine positive und eine negative unterteilt
- sie bestimmt die Helligkeit einer Welle
- Helligkeit ändert sich im Quardrat zur Amplitude
- d.h. wird die Amplitude verdoppelt, so wird das Licht 4x heller
- Amplitude 0= gar kein Licht
Was passiert mit einem Lichtstrahl wenn er auf ein optisch dichteres Medium fällt?
- er wird abgebremst
- trifft er schräg auf das Medium so wird er zur Achse hin gebrochen
- die Lichtgeschwindigkeit und die Wellenlänge werden vermindert
- die Fequenz bleibt aber gleich
Was passiert mit einem Lichtstrahl wenn er aus dem optisch dichteren Medium in ein optisch dünneres Medium übergeht?
- Licht kann beschleunigen
- ist der Lichtaustritt schief, so wird der Lichtstrahl vom Lot weggebrochen
- die Lichtgeschwindigkeit und die Wellenlänge werden grösser
- die Frequenz bleibt gleich
Was passiert mit einem Lichtstrahl der gerade auf ein anderes Medium fällt?
- Lichtgeschwindigkiet und Wellenlänge werden verändert
- der Strahl wird aber nicht gebrochen
Wo im Auge wird Infrarot absorbiert?
- IR wird im Wasser stark absorbiert= führt zu einer Erwärmung des Gewebes
- im Auge durch HH und BH (bzw. durch Tränenfilm und Kammerwasser)
- Folge= Star
Welcher Teil des Ultravioletten Lichtes wird in welchem Teil des Auges absorbiert?
- langwelliges UV (UV- A)
- hauptsächlich durch AL, kann bis auf NH kommen
- Katarakt
- mittleres UV (UV- B)
- hauptsächlich durch HH und AL
- BH- und HH- Entzündungen bei zu starker Belastung (Schneeblindheit)
- kurzwelliges UV (UV- C)
- wird von Atmosphäre verschluckt
Was bedeutet Interferenz?
- Überlagerung von Wellen/ Lichtwellen
- kommt aufgrund des Wellencharakters zustande
Welche 3 Gesetzmässigeiten gelten bei einer Interferenz?
- Die Amplitudengrösse der aufeinandertreffenden Wellen bestimmt die Höhe der resultierenden Welle
- Die Phasenbeziehung der aufeinandertreffenden Wellen bestimmt ebenfalls die Höhe der resultierenden Welle
- ist die Ausbreitungsrichtung der interfenierednen Wellen nicht aufeinander abgestimmt, so dauert die Interferenz nur ganz kurz
Was bedeutet konstruktive Interferenz?
- Interferenz der Verstärkung
- sie entsteht wenn die beiden Lichtwellen in der gleichen Phase bzw. ohne Gangunterschied zueinander verlaufen
Was bedeutet destruktive Interferenz?
- da gibt es 2 Arten
- Interferenz der Abschwächung
- Interferenz der Auslöschung= die resultierende Wellenlänge hat eine Amplitude von 0
- damit dies geschieht müssen die beiden Wellen um eine halbe Wellenlänge phasenverschoben d.h. mit einem Gangunterschied von einer halben Wellenlänge zueinander verlaufen
- für sichtbare Interfernz müssen Wellenzüge koharent sein
Was bedeutet Kohärenz?
- Zusammenhängend
- damit eine Interfenz sichtbar wird müssen die beiden Wellenzüge zusammenpassen
