Mündlichblatt 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 (ein Elektron strahlt immer so viel Energie aus, wie es zuvor aufgenommen hat)
- Es springt auf ein höheres Energieniveau -> Elektronensprung oder Quantensprung
- Da die Natur immer ein möglichst tiefes Energieniveau anstrebt, will das Elektron die zuvor aufgenommene Energie wieder abgeben
- Springt zurück auf vorheriges Energieniveau
- Beim Zurückspringen gibt es die zuvor aufgenommene Energie als elektromagnetische Welle wieder ab
- Diese Welle wird als Licht betrachtet
Wo entsteht Licht?
Licht entsteht überall, wo es eine Materie & somit Atome mit einem positiven Kern & Elektronen gibt, es entsteht in den Elektronenhüllen der Atome.
Was ist ein Elektronensprung/Quantensprung?
Das Elektron muss ein bestimmtes Energiequantum, eine bestimmte Energiemenge aufnehmen, die benötigte Energie für diesen Sprung ist abhängig von der Atomart -> grösserer Atomkern = stärkere Anziehungskraft und vom Grundenergieniveau des entsprechenden Elektrons.
Was ist ein Valenzelektron?
Sie befinden sich in der äussersten Atomschale, sie sind die einzigen Elektronen, die eine Bindung mit einem anderen Elektron (einem anderen Atom) eingehen können & sie haben ein hohes Energieniveau & sind deshalb besonders bindungsfreudig.
Was bedeutet "Lichtemission"?
Dies ist die Lichtabstrahlung respektive die Lichtaussendung durch die Abgabe der Energie der Elektronen.
Was ist ein Photon/Lichtquant?
Dies ist eine Welle, welche aus einer elektromagnetischen Welle & einem Korpuskel besteht.
Was ist ein Korpuskel?
Ist ein sehr kleines Masseteilchen.
Wann entstehen energiereiche Quantensprünge?
Diese geschehen wenn das Elektron nah beim Kern springt oder wenn das Elektron über mehrere Energieniveaus springt.
Wie entsteht kurzwelliges Licht?
Die abgestrahlte elektromagnetische Welle hat viel Energie, sie hat auch eine hohe Frequenz = kurze Vakuumwellenlänge.
Wie entsteht langwelliges Licht?
Die abgestrahlte elektromagnetische Welle hat wenig Energie, sie hat eine niedrige Frequenz = lange Vakuumlänge.
Was für Lichtquellen gibt es?
Selbstleuchter -> sie senden eigenes Licht aus
Nichtselbstleuchter -> sie erzeugen selbst kein Licht, sie werden gesehen, weil sie das Licht reflektieren
Temperaturstrahlen -> Sie wandeln die Energie zuerst in Wärme um & dann die Wärme in Licht, sie glühen durch die Wärme
Kaltlichtstrahler -> Sie wandeln die zugeführte Energie direkt in Licht um, sie haben sehr wenig Wärmeverlust
Natürliche Lichtquellen -> Leuchten von sich aus ohne das sich der Mensch daran beteiligt
Künstliche Lichtquellen -> sie werden vom Menschen hergestellt und/oder zum Leuchten gebracht
Was ist der Dualismus des Lichtes?
Dies ist der Doppelcharakter des Lichtes, denn Licht hat einen Wellen- & einen Teilchencharakter.
Was besagt die Wellentheorie?
Die Wellentheorie besagt, dass Licht eine Wellenbewegung sei, die sich von einer Lichtquelle aus räumlich ausbreiten kann. Nach dieser Theorie dehnt sich Licht dreidimensional in alle Richtungen aus. Durch den Physiker Christian Huygens wird diese Theorie vertreten, welche die Lichtbrechung, die Interferenz, die Beugung, die Polarisation und die Reflexion erklärt.
Korpuskulartheorie: Wurde durch Isaac Newton gefunden, wird auch Emissionstheorie oder Lichteilchentheorie genannt. Er nahm an, dass Licht aus kleinsten Materienteilchen (Korpuskeln) besteht, diese werden von der Lichtquelle in grosser Anzahl & mit hoher Geschwindigkeit aufgeschleudert, damit lassen sich die Lichtausbreitung, die Absorption, die Reflexion & die Lichtemission erklären.
Was besagt die elektromagnetische Wellentheorie?
Dies ist eine Ergänzung der Wellentheorie. Dabei fand Maxwell heraus, das Licht, Elektrizität & Magnetismus eng miteinander verknüpft sind, damit lassen sich die Dispersion & die Spektralfarben erklären.
Was besagt die Welle-Korpuskular-Dualismus-Theorie?
Dies ist die heute gültige Lichttheorie, demzufolge hat Licht einen Wellen- & einen Teilchencharakter. Licht besteht aus einer elektromagnetischen Welle & einem dazu passenden Korpuskel (Energieteilchen). Der Wellencharakter ist dabei für die geradlinige Lichtausbreitung, die Lichtbrechung, die Interferenz, die Beugung, die Polarisation, die Reflexion, die Dispersion & die Spektralfarben verantwortlich. Während der Teilchencharakter für die Lichtemission, die Absorption, die Reflexion, den Foto- & den Comptoneffekt zuständig ist.
Was ist der Comptoneffekt?
Dabei wird kurzwellige Strahlung in langwellige umgewandelt, ein Photon prallt auf ein Elektron & gibt ihm einen Teil seiner Energie ab -> Elektron macht einen Quantensprung.
Was ist der Fotoeffekt?
Lichtteilchen dringen in Atomhülle von Metall ein -> Atome werden durch den Aufprall vom Metall gelöst.
Was ist eine Transversalwelle?
Dies sind Wellen, welche senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung schwingen, wie z.B. die Teilwellen der elektromagnetischen Welle.
Was ist die Frequenz?
Sie gibt an wie viele Schwingungen eine Welle pro Sekunde macht & bestimmt zu dem die Farbe & Energie einer Lichtwelle (hohe Frequenz -> Photonen mit grosser Quantenenergie, die Grösse des Energiequants ist proportional zur Frequenz). Licht ist immer farblos, die Quantenenergie erzeugt jedoch eine Farbempfindung -> viel Energie = violett, wenig Energie = rot.
Was ist die Periode?
Sie gibt an, wie lange eine komplette Sinusschwingung dauert & ist von der Frequenz abhängig. Je grösser die Frequenz, desto kürzer die Periode.
Was ist die Amplitude?
Sie entspricht der Schwingungshöhe einer Welle & wird dabei in eine positive und eine negative Amplitude unterteilt. Sie bestimmt die Helligkeit einer Welle, die Helligkeit ändert sich im Quadrat zur Amplitude, das heisst wird die Amplitude verdoppelt, so wird das Licht 4x heller. Amplitude von null, bedeutet gar kein Licht.
Was ist eine 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 Interferenz müssen Wellenzüge kohärent sein
Was bedeutet "Kohärenz"?
Bedeutet zusammenhängend, damit eine Interferenz sichtbar wird, müssen die beiden Wellenzüge zusammenpassen.
- kohärente Lichtwellen..
- werden von einem Punkt bzw. Atom einer Lichtquelle ausgesendet
- haben die gleich Frequenz bzw. Wellenlänge
- haben eine gleichbleibende Phasenverschiebung
- breiten sich in die gleiche Richtung aus
- haben die gleiche Schwingungsebene
- durchdringen sich
- und werden zeitgleich ausgesendet
Was ist ein Phasensprung?
wird eine Lichtwelle an einem optisch dichteren Medium reflektiert, so überspringt die reflektierte Lichtwelle eine halbe Wellenlänge, dieser Sprung wird als Phasensprung bezeichnet
Wie breitet sich Licht in einem Raum aus?
kugelförmig
Welchem Lichtquellentyp entsprechen die Sonne, die Sterne, Bltize & Vulkane?
- natürliche Temperaturstrahler
- Selbstleuchter
Welchem Lichtquellentyp ensprechen Glühlampe, Halogenlampe, Öllamoen, Lagerfeuer, Kerzen & Fackeln?
- alle sind künstliche Temperaturstrahler
-> Glühbirne & Halogenlampe, werden so lange erhitzt bis sie Licht aussenden
-> bei den anderen wird die Energie gespeichert & dann aktiviert bei Bedarf
Zu welchem Lichtquellentyp passen Leuchtkäfer, einige Tiefseefische, Leuchtbakterien, das Polarlicht, einzelne Kugelblitze & Kometenschweife?
natürliche Kaltlichtstrahler
- Leuchtkäfer, Tiefseefische & Leuchtbakterien = wandeln Bioenergie in Licht um, die anderen leuchten durch Gasentladung
Zu welchem Lichtquellentyp gehören Leuchtstoffröhren, Energiesparlampen, Leuchtstäbe, LED, Laser & Displays?
künstliche Kaltlichtstrahler, zugeführte Energie wird direkt in Licht umgewandelt
Wie schnell ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum?
300 000 000 m/s oder 300 000 km/s
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 IR 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 UV Lichtes wird in welchem Teil des Auges absorbiert?
- langwelliges UV (UV- A)
- hauptsächlich durch Augenlinse, kann bis auf Netzhaut kommen
- Katarakt
- mittleres UV (UV- B)
- hauptsächlich durch Hornhaut und Augenlinse
- Bindehaut- und Hornhaut- 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 drei Gesetzmässigkeiten 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 interferierenden Wellen nicht aufeinander abgestimmt, so dauert die Interferenz nur ganz kurz
Konstruktive Interfernz?
- Interferenz der Verstärkung
- sie entsteht wenn die beiden Lichtwellen in der gleichen Phase bzw. ohne Gangunterschied zueinander verlaufen
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
Kohärenz?
- Zusammenhängend
- damit eine Interfenz sichtbar wird müssen die beiden Wellenzüge zusammenpassen
