Polarisation des Lichtes - · PDF fileunpolarisiertes Licht linear polarisiertes Licht 2....
Transcript of Polarisation des Lichtes - · PDF fileunpolarisiertes Licht linear polarisiertes Licht 2....
Polarisation des LichtesLicht = transversal schwingende el.-magn. WellePolarisationsrichtung: Polarisationsrichtung: Richtung des el. FeldvektorsPolarisationsartenPolarisationsarten:– unpolarisiert: keine
Raumrichtung bevorzugt (z.B. Glühbirne)
– linear polarisiert: Licht schwingt in definierter Ebene
– zirkular (bzw. elliptisch) polarisiert: Licht schwingt schraubenförmig
Erzeugung/NachweisErzeugung/Nachweis:– Der Polfilter absorbiert
Licht einer Polarisationsrichtung, die andere geht durch (Dichroismus)
Polarisationsfilter: Polarisator
linear polarisiertes
Licht
unpolarisiertes Licht
Polarisation des Lichtesunpolarisiertes Licht linear
polarisiertes Licht
Licht = transversal schwingende el.-magn. WellePolarisationsrichtung: Polarisationsrichtung: Richtung des el. FeldvektorsPolarisationsartenPolarisationsarten:– unpolarisiert: keine
Raumrichtung bevorzugt (z.B. Glühbirne)
– linear polarisiert: Licht schwingt in definierter Ebene
– zirkular (elliptisch) polarisiert: Licht schwingt schraubenförmig
Erzeugung/NachweisErzeugung/Nachweis:– Der Polfilter absorbiert
Licht einer Polarisationsrichtung, die andere geht durch
linear polarisiertes
Licht
Erzeugung/NachweisErzeugung/Nachweis:– Der Polfilter absorbiert
Licht einer Polarisationsrichtung, die andere geht durch (Dichroismus)
– Reflektiertes und gebrochenes Licht ist (teilweise) polarisiert
unpolarisiertes Licht
Polarisationsfilter: Polarisator
Reflektiertes Licht unter dem Brewster Brewster WinkelWinkel ist 100% polarisiert. Andersherum polarisiertes Licht wird
nicht reflektiert. Es gilt:
αα
αβα
βα
tan)90sin(
sinsinsin
90
=−°
==
°=+
n
Polarisation des Lichtes
linear polarisiertes
Licht
Erzeugung/NachweisErzeugung/Nachweis:– Der Polfilter absorbiert
Licht einer Polarisationsrichtung, die andere geht durch (Dichroismus)
– Reflektiertes und gebrochenes Licht ist (teilweise) polarisiert
– Gestreutes Licht ist teilweise polarisiert; Beispiel: Luft in der Atmosphäre streut das Sonnenlicht (darum ist der Himmel nicht schwarz). Dieses ist polarisiert, was den Bienen zur Orientierung dient.
unpolarisiertes Licht
Polarisation des LichtesErzeugung/NachweisErzeugung/Nachweis:– Der Polfilter absorbiert
Licht einer Polarisationsrichtung, die andere geht durch (Dichroismus)
– Reflektiertes und gebrochenes Licht ist (teilweise) polarisiert
– Gestreutes Licht ist teilweise polarisiert; Beispiel: Luft in der Atmosphäre streut das Sonnenlicht (darum ist der Himmel nicht schwarz). Dieses ist polarisiert, was den Bienen zur Orientierung dient.
– Doppelbrechung: Verschiedene Polarisationsrichtungen haben unterschiedliche Ausbreitungs-geschwindigkeiten und damit unterschiedliche Brechzahlen.
– Beim Nicolschen Prisma wird dieser Effekt genutzt um polarisiertes Licht zu erzeugen.
Nicolsche Prisma
100% linear polarisiertes
Licht
unpolarisiertes Licht
linear polarisiertes
Licht2. Polari-sations-filter:
Analysator
PolarimetriePolarimetrie:: Messung der Polarisationsrichtung. Z.B. Probe zwischen gekreuzte Polfilter. Es wird hell? Manche Materialen verändern die Polarisationsrichtung.Optische Aktivität:Optische Aktivität:Einige Stoffe drehen die Polarisationsrichtung des LichtsDrehwinkelDrehwinkel α hängt ab von:
Länge l der ProbeKonzentration cTemperaturTyp des LösungsmittelsWellenlänge (Rotationsdispersion)
Probe[ ] clD ⋅⋅= αα
Polarimetrie
BeobachterSpezifische Drehvermögen
Polarimetrie
Anwendung: Bestimmung der Konzentration einer Zuckerlösung (rechts- bzw. linksdrehender Zucker)Genauere Messung durch „Halbschattenmethode“: obere Hälfte durchläuft Plättchen mit definierter Drehung. Dann wird Analysator so eingestellt dass oben und unten gleiche Helligkeit ist.
Geistesgegenwärtighatte Gott damals vom Urknallein Photo geschossenwelches er immer noch rechteindrucksvoll fand.
Protonen,Neutronen
Quarks, Elektronen
Atomkerne
Atome
Moleküle
Hunde, Katzen etc.
Urknall
22
Der Urknall und danach
1 msec
3 min
300 kyr
1 Gyr
15 Gyr= heute
Zeit
Standardmodell der Teilchenphysik: Alles in dieser Welt ist aus punktförmigen fundamentalen Bausteinen aufgebaut: Quarks & Elektronen Quarks & Elektronen (bzw. Leptonen)(bzw. Leptonen)Quarks klumpen zusammen und bilden Protonen & NeutronenProtonen & NeutronenProtonen + Neutronen = AtomkernAtomkernKern + Elektronenhülle = AtomAtomAtom + Atom = MolekülMolekülMoleküle bilden Gase, Gase, Flüssigkeiten, FestkörperFlüssigkeiten, FestkörperAlso: quantenmechanische Legosteinphysik...☺
AtomphysikMaterie besteht aus AtomenAtomen = ατοµοσ = „unteilbare“ BausteineAtome sind teilbar. Sie bestehen bestehen aus einem kleinen kompakten KernKern und einer Hülle Hülle aus Elektronenaus ElektronenDie Elektronen der äußeren Hülle definieren die chemischen chemischen EigenschaftenEigenschaftenStreuversucheStreuversuche erlauben die Untersuchung von Atomen sowie ihrer Bestandteile und Wechselwirkungen
Streuexperimente
Atome haben einen Durchmesser von etwa 1 Angström = 10-10 mAtomkerne haben eine Größe von etwa 1 Fermi = 10-15 mAtome sind im wesentlichen Atome sind im wesentlichen leer! 99.9% der Masse leer! 99.9% der Masse befindet sich im Kern!befindet sich im Kern!
Das leichteste Atom (H) wiegt 1g/NA=1.6 * 10-24 g
Atome
ProtonenAtome
Z = Ordnungszahl im Periodensystem
Elektronenbahn
Das AtomBohrsche Bohrsche Atommodell: Atommodell: – Fast die ganze Masse des
Atoms ist im Kernkonzentriert
– Der Kern enthält Z positiv geladene Protonen
– Ein neutrales Atom enthält Z Elektronen, die den Kern wie in einem Planetensystemumkreisen
– Nur bestimmte Bahnen sind erlaubt. (Schalen)
– Jeder Bahn entspricht ein bestimmter Energiezustand.
– Springt ein Elektron von äußeren Bahn zu einer inneren Bahn so gibt es diese Energie als el.-magn. Strahlung ab.
– Absorbiert es genau diese Energie, so springt es auf die entsprechend passende äußere Bahn
– Es gilt fhW =∆
f = Frequenz der absorbierten bzw. abgestrahlten Welle∆W= Energieunter-schied der Bahnen
h = Plancksches Wirkungsquantum = 6.626*10-34 Js
Quantenmechanische Atommodelle: Quantenmechanische Atommodelle: Wir wissen heute, dass die Elektronen nicht auf einfachen Bahnen fliegen. Die QuantenmechanikQuantenmechanik beschreibt das Atom durch Wolken mit bestimmten Aufenthaltswahrscheinlichkeiten für Elektronen.Es gilt trotzdem die einfache Formel fhW =∆
Elektronenwolke
Elektronenbahn
Das AtomBohrsche Bohrsche Atommodell: Atommodell:
Elektronenwolken
Ein bestimmtes Elektron hält sich an bestimmten Orten in der Umgebung des
Kerns mit unterschiedlicher
Wahrscheinlichkeit auf
Das AtomWoher wissen wir das? Woher wissen wir das?
FranckFranck--Hertz Versuch:Hertz Versuch:Die Energie eines Elektronenstrahls wird langsam hochgefahrenBei gewissen Schwellen-energien sinkt der Strom abInterpretation: Abnahme immer dann wenn die Energie ausreicht um Hüllen-elektronen aus ihren Schalen zu werfen.Also sind die Energie-zustände im Atom quantisiert
Die Spektrallinien der Atome:Die Spektrallinien der Atome:Anregung z.B. durch Gasentladung (Elektronen werden auf höherliegende Bahn gestoßen)Herunterfallen erzeugt für das Atom charakteristische Lichtfrequenzen: die Spektrallinien.Spektrallinien. Es gilt
Für WasserstoffWasserstoff gilt: Energie der n-ten Bahn
fhW =∆
2n1const ⋅=nW
Also:
−⋅= 22 m
1n1constfh
Elektronen fallen vom angeregten Zustand zum Grundzustand hinunter
,...2,1=n
Das AtomWoher wissen wir das? Woher wissen wir das?
Absorption Re-Emission
Für WasserstoffWasserstoff gilt: Energie der n-ten Bahn
2n1const ⋅=nW ,...2,1=n
Anschauliche ErklärungAnschauliche Erklärung für die Quantisierung der erlaubten Bahnen:Elektronen verhalten sich wie Wellen: ph /=λElektronen bilden stehende Wellenstehende Wellen beim Umlaufen des Atoms Umfang und Wellenlänge müssen ein ganzzahliges Verhältnis bilden
Das Atom
PeriodensystemSortieren der Elemente nach der
Ordnungszahl Z Ordnungszahl Z = Kernladungszahl= Anzahl der Protonen im Kern = Anzahl der Elektronen in der Hülle
Die chemischen Eigenschaftenwiederholen sich in PeriodenPerioden der Länge
Die Periodenlängen werden in der QuantenphysikQuantenphysik erklärt. Dazu werden sogenannte Quantenzahlen eingeführt
,...42,32,22,12 2222 ⋅⋅⋅⋅