Quantenobjekte

• Interferenz

  Überlagerung von Wellen gleicher Wellenlänge mit fester Phasenbeziehung, die ein Interferenzfeld mit ortsfester Verteilung der resultierenden Amplitude erzeugt
• Kohärente Quellen

  Quellen, die Wellen gleicher Wellenlänge mit fester Phasenbeziehung aussenden
• Interferenzminima

  Liegen auf Knotenlinien, die Zeiger der Einzelwelle sind entgegengerichtet
• Interferenzmaxima


  Alle Zeiger sind gleichgerichtet
• Amplitude


  Maximale Auslenkung einer harmonischen Schwingung
• Wellenlänge

  Der kleinste Abstand zweier Punkte gleicher Phase einer periodischen Welle
• Gangunterschied


  Wegdifferenz zweier oder mehr kohärenter Wellen
• Konstruktive Interferenz

  1. Wellenberg trifft auf Wellenberg oder Tal auf Tal

  2. Amplitude der neuen Sinuswelle ist doppelt so groß wie bei den 2 vorherigen Wellen

  3. Ton der neuen Welle ist doppelt so groß
• Destruktive Interferenz

  1. Wellenberg trifft auf Wellental

  2. Amplitude beträgt 0
• Huygens-Prinzip

  Das huygenssche Prinzip, besagt, das jeder Punkt einer Wellenfront als Ausgangspunkt einer neuen Welle, einer Elementarwelle, anerkannt werden kann. Die neue Kreiswelle hat die gleiche Frequenz und die gleiche Wellenlänge wie die ursprüngliche Kreiswelle.

  Die Elementarwelle ist eine Kreiswelle die sich in alle Richtungen ausbreitet.

  Eine neue Wellenfront ergibt sich aus der Einhüllenden aller Kreiswellen

  Brechung und Reflexion von Wellen lassen sich mit diesem Prinzip beschreiben
• Bedeutung der Gleichung 1

  wie bereits beschrieben, sind die Orte minimaler Helligkeit auf die destruktive Interferenz von zwei Elementarwellen zurückzuführen. Zu einer destruktiven Interferenz kommt es, wenn der Gangunterschied As der beiden von den Spaltmitten ausgehenden Elementarwellen ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge 2 abzüglich einer halben Wellenlänge beträgt. weil genau dann ein Wellental auf einen Wellenberg trifft.
• Begründung der Bedingung g <a

  Gleichung 2 gilt genau dann, wenn das grau gefärbte Dreieck rechtwinklig ist und der Winkel a  der Seite  s gegenüberliegt. Dies setzt voraus, dass die durch Pfeile gekennzeichneten Lichtwege parallel zueinander sind. Davon kann nur ausgegangen werden, wenn der Abstand g der beiden Spaltmitten wesentlich kleiner ist als der Abstand a zwischen dem Doppelspalt und dem Schirm.

  
• Entstehung des Interferenzbildes

  Entsprechend dem Huygens' schen Prinzip lassen sich die beiden Spaltmitten jeweils als Ausgangspunkt einer Elementarwelle ansehen, die sich kreisförmig in der Ebene ausbreitet. Dabei kommt es zur Interferenz der Elementarwellen. Auf dem Schirm beobachtet man Stellen maximaler Helligkeit, wenn dort die Interferenz konstruktiv ist, sich die Elementarwellen also verstärken.

  Dazwischen sind Stellen minimaler Helligkeit zu beobachten, die dadurch zustande kommen, dass die Interferenz destruktiv ist, sich die Elementar-wellen also auslöschen.

  
• Modellbeschreibung des Lichts (Doppelspalt)

  Objekte besitzen entweder Teilcheneigenschaften oder Welleneigenschaften, beide schließen sich gegenseitig aus.

  Die Aufnahmen zeigen nun, dass Licht beim Doppelspaltversuch sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften aufweist. Dabei treten diese je nach Versuchsaufbau - nach Anzahl der Absorber - unterschiedlich ausgeprägt in Erscheinung:

  Wird Licht hoher Intensität verwendet, werden die Welleneigenschaften des Lichts beobachtet; bei der Verwendung von Licht sehr geringer Intensität treten die Teilcheneigenschaften deutlicher zutage.
• Lichtquantenhypothese

  Beim Fotoeffekt absorbiert ein einzelnes Elektron in der Materie ein einzelnes Photon (=Lichtquant). Dabei überträgt das Photon seine Energie vollständig auf das Elektron. Die Photonenergie E=h • f hängt von der Frequenz f des verwendeten Lichts ab.

  Somit geht man in der Lichtquantenhypothese davon aus, dass der Energie-austausch zwischen Licht und Materie quantisiert erfolgt.
• Auftreten eines Stroms (Fotoeffekt)

  Bei Bestrahlung der Zinkplatte mit dem Licht der Quecksilberdampflampe werden aus ihr durch den Fotoeffekt Elektronen herausgelöst, die zunächst eine Elektronenwolke an der Zinkplatte bilden. Durch die angelegte Gleichspannung bildet sich zwischen Kathode und Anode ein elektrisches Feld aus.

  Da die Anode mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden ist, werden die Elektronen zur Anode hin beschleunigt. Somit entsteht ein elektrischer Strom, der von dem Stromstärkemessgerät im Stromkreis registriert wird.

  
• Stromstärkeanstieg bei Annäherung der Lampe

  Wenn der Abstand zwischen der Quecksilberdampflampe und der Zinkplatte verringert wird, nimmt die Intensität des Lichts, das auf die Zinkplatte trifft, zu. Dies hat zur Folge, dass pro Zeiteinheit mehr Elektronen aus der Zink-platte herausgelöst werden. Somit steigt die elektrische Stromstärke.
• Einfluss der Glasplatte im Strahlengang

  Damit durch den Fotoeffekt Elektronen aus der Zinkplatte herausgelöst werden, ist Licht mit einer hinreichend kleiner Wellenlänge erforderlich.

  Dieser kurzwellige Bereich ist Bestandteil des Spektrums der Quecksilber-dampflampe. Wird nun nach Einbringen der Glasplatte kein elektrischer Strom mehr gemessen, bedeutet dies, dass der für den Fotoeffekt verantwortliche kurzwellige Bereich des Spektrums fehlt. Offenbar wurde er durch die Glasplatte absorbiert.
• Elektronenkanone

  • Heizspannung erhitzt die Glühwendel -> freie Elektronen entstehen
  • Durch Uis ensteht ein elektrisches Feld zwischen Kathode

       und Anode -> Elektronen beschleunigen in Richtung Anode

  • Nach dem passieren der Anode bleibt die Geschwindigkeit

  Konstant.    

       Durch das Vakuum wird eine Wechselwirkung mit Luftmolekülen 

       vermieden

  -> Je größer UB, desto schneller werden die Teilchen
• elektronenbeugung

  Durch den Glühelektrischen Effekt wird ein Elektronenstrahl auf das dünne Graphitplättchen mit einer regelmäßigen Gitterstruktur gelenkt. An diesem Gitter werden die Elektronen wie Licht an einem Gitter gebeugt. Anschließend bewegen sich die Elektronen weiter durch die vakumierte Glasröhre und treffen am Ende auf die Fluoreszenzschicht. Die Fluoreszenzschicht leuchtet dort auf, wo Elektronen auftreffen. Die Schicht dient somit als Elektronendetektor.

  
• Beobachtung und Auswertung der Elektronenbeugung

  In der Mitte ist auf dem Schirm ein heller Fleck zu sehen. In einem Abstand von r um diesen Punkt sind weniger helle Kreise zu erkennen. Mit zunehmender Beschleunigungsspannung werden die Radien immer kleiner.

  Die Ringe können als Interferenzen gedeutet werden. Somit ist es der direkte Nachweis, dass Elektronen sich wie Wellen verhalten. Das heißt die Ausbreitung jedes Teilchens erfolgt als eine Welle.
• MillIkan-Versuch Aufbau

  • horizontaler Platten Kondensator mit Plattenabstand d

       -> elektrische Quelle ein/-ausstellbar

          Umpolung -> regelbar

  • Raum innerhalb des Kondensators beleuchtet

       -> Betrachtung durch Mikroskop 

       -> Skala mit Strichen im Abstand s

  • durch das Mikroskop werden oben & unten vertauscht

  • Zeitmessung mit Stoppuhr

  
• Fadenstrahlrohr

  Durch ein Helmholtzspulenpaar wird ein homogenes MagnetetFeld im Inneren erzeugt. Die Richtung der Geschwindigkeit der Elektronen ist so eingestellt, dass sie senkrecht zu den Feldlinien des Magnetfeldes ist. Ohne Magnetfeld erkennt man in der Röhre einen leuchtenden, geraden Strahl (Faden)der die Bahn der Elektronen kennzeichnet. Die Bewegung der Elektronen wird sichtbar, da die Elektronen durch Stöße das Gas zum Leuchten anregen.

  Mit einem Magnetfeld werden die Elektronen auf Kreisbahnen gelenkt, da auf sie eine Lorentzkraft senkrecht zur Bewegungsrichtung wirkt.