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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Licht und Matrie


physik
22.09.10, 10:03
Ich habe ein Praktikum gehabt über Spektrallinien des Wasserstoffs. nun müssen wir einige Fragen dazu beantworten. Irgendwie habe ich dieses Thema nicht richtig verstanden und deshalb wäre ich froh,wenn mir jemand beim Beantworten dieser Fragen helfen könnte.

1.) In welchem Zusammenhang stehen die Energie, die Wellenlänge, die Frequenz, und die Farbe einer Linie? Was bedeuten diese Grössen?

2.) Welche Eigenschaft des Lichtes wird ausgenützt um einen Lichtstrahl in seine spektralen Komponenten zu zerlegen?

3.) Wovon hängt die Intensität einer Linie ab ( offenbar nicht von der Energie)?

Vielen Dank schon im voraus

JoAx
22.09.10, 11:17
Hallo physik!

Interessanten Nick hast du dir gewählt. :D


1.) In welchem Zusammenhang stehen die Energie, die Wellenlänge, die Frequenz, und die Farbe einer Linie? Was bedeuten diese Grössen?


Energie in der Quantenmechanik (http://de.wikipedia.org/wiki/Energie#Energie_in_der_Quantenmechanik):

Ephoton = hν

h - Planksches Wirkungsquantum (http://de.wikipedia.org/wiki/Plancksches_Wirkungsquantum), v - Frequenz (http://de.wikipedia.org/wiki/Frequenz)

Die Frequenz (hier f) ist mit Wellenlänge (http://de.wikipedia.org/wiki/Wellenl%C3%A4nge) λ verknüpft:


Es gilt

http://upload.wikimedia.org/math/4/9/c/49c9fb6cd10c1275cc9e4ab5136c4e8f.png

wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit (http://de.wikipedia.org/wiki/Ausbreitungsgeschwindigkeit) oder die Phasengeschwindigkeit (http://de.wikipedia.org/wiki/Phasengeschwindigkeit) und f die Frequenz (http://de.wikipedia.org/wiki/Frequenz) der Welle (http://de.wikipedia.org/wiki/Welle_%28Physik%29) ist. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit hat also wesentliche Bedeutung beim Zusammenhang von Wellenlänge und Frequenz.
...

Phasengeschwindigkeit

http://upload.wikimedia.org/math/c/c/7/cc7f7711214506c7aff50ee554f671c1.pngmit

c0 = Geschwindigkeit von Licht (http://de.wikipedia.org/wiki/Licht) im Vakuum (http://de.wikipedia.org/wiki/Vakuum) (Lichtgeschwindigkeit (http://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit)) = 299 792 458 m (http://de.wikipedia.org/wiki/Meter)/s (http://de.wikipedia.org/wiki/Sekunde_%28Einheit%29) ≈ 300 000 km/s = 3 · 108 m/s beziehungsweise c0 = Geschwindigkeit (http://de.wikipedia.org/wiki/Geschwindigkeit) von Schall (http://de.wikipedia.org/wiki/Schall) in Luft (Schallgeschwindigkeit (http://de.wikipedia.org/wiki/Schallgeschwindigkeit)) = 343 m/s bei 20 °C
n = Faktor der Phasengeschwindigkeit (http://de.wikipedia.org/wiki/Phasengeschwindigkeit) (z. B.: Brechzahl (http://de.wikipedia.org/wiki/Brechzahl))
Die Farbe einer Linie ist nichts anderes als ihre Wellenlänge/Frequenz.

Licht (http://de.wikipedia.org/wiki/Licht):
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9a/Spectre-sRGB.svg/500px-Spectre-sRGB.svg.png


2.) Welche Eigenschaft des Lichtes wird ausgenützt um einen Lichtstrahl in seine spektralen Komponenten zu zerlegen?


Dass der Brechungsindex (http://de.wikipedia.org/wiki/Brechzahl) eines Materials von der Wellenlänge abhängt.

http://www.bryceforum.de/prisma.jpg


3.) Wovon hängt die Intensität einer Linie ab ( offenbar nicht von der Energie)?


Richtig! Nicht von der Energie im klassischen Sinne, sondern von der Anzahl der Photone.
Die Energie eines einzelnen Photons steht oben, die Gesamtenergie wäre dann:

Egesamt = n * EPhoton

mit n - Anzahl der Photone.


Gruss, Johann

physik
22.09.10, 19:24
Vielen Dank für das Beantworten meiner Fragen.

Ich habe jedoch noch eine weitere Frage zu Frage 2 ( Welche Eigenschaft des Lichtes wird ausgenützt um einen Lichtstrahl in seine spektralen Komponenten zu zerlegen?):) Das Licht hat ja Wellen- wie auch Teilchencharakter. Könnte man die Frage auch mit dieser Eigenschaft des Lichtes beantworten?
:confused:

Gruss Claudia

SCR
22.09.10, 22:11
Hallo physik,

lies Dir bitte das hier einmal durch: Regenbogen (http://de.wikipedia.org/wiki/Regenbogen) ;).
Vielleicht beantwortet sich Deine Frage dann bereits von alleine.
Ansonsten frag' einfach noch einmal nach: Man hilft Dir dann sicher gerne wieder weiter. :)

JoAx
22.09.10, 22:20
Hallo physik!


Das Licht hat ja Wellen- wie auch Teilchencharakter. Könnte man die Frage auch mit dieser Eigenschaft des Lichtes beantworten?


Das kann ich ehrlich gesagt nicht definitiv beantworten. Es ist so, dass der Teilchencharakter sich bei der Emission, Absorbtion, Streuung oder anderen ähnlichen Vorgängen zeigt, wenn die Energie des Photons also geändert wird. Wenn wir nun den Fall nehmen, in dem das Medium für das Licht durchsichtig ist, die Frequenz nicht beeinflusst, und diesen nicht sonderlich streut, dann fehlen imho die Voraussetzungen dafür, dass sich die Teilcheneigenschaften zeigen können.

Zudem ist es nicht wirklich korrekt, sich das Licht als ein Haufen kleiner fliegender Kugelchen vorzustellen.


Gruss, Johann

physik
23.09.10, 09:03
Hallo physik,

lies Dir bitte das hier einmal durch: Regenbogen (http://de.wikipedia.org/wiki/Regenbogen) ;).
Vielleicht beantwortet sich Deine Frage dann bereits von alleine.
Ansonsten frag' einfach noch einmal nach: Man hilft Dir dann sicher gerne wieder weiter. :)

Ich habe es gelesen. Bei unserem Versuch hatten wir eine Wasserstoffröhre. ich versuche es mal in meinen Worten zu erklären,wie ich es verstanden habe;) Das Licht wird durch das Beugungsgitter gebrochen und dann wird das weisse Licht in seine Spektrallinien zerlegt.Aber welche Eigenschaft des Lichts dabei ausgenützt wird um einen Lichtstrahl in seine Komponenten zu zerlegen, verstehe ich irgendwie immer noch nicht:o Bei uns sagte man, dass das Licht Wellen- wie auch Teilchencharakter hat und deshalb dachte ich dies wäre die Eigenschaft. Vielleicht könnte es mir jemand in einfachen Worten erklären:confused: :)
Vielen Dank

physik
23.09.10, 09:10
Hallo physik!



Das kann ich ehrlich gesagt nicht definitiv beantworten. Es ist so, dass der Teilchencharakter sich bei der Emission, Absorbtion, Streuung oder anderen ähnlichen Vorgängen zeigt, wenn die Energie des Photons also geändert wird. Wenn wir nun den Fall nehmen, in dem das Medium für das Licht durchsichtig ist, die Frequenz nicht beeinflusst, und diesen nicht sonderlich streut, dann fehlen imho die Voraussetzungen dafür, dass sich die Teilcheneigenschaften zeigen können.

Zudem ist es nicht wirklich korrekt, sich das Licht als ein Haufen kleiner fliegender Kugelchen vorzustellen.


Gruss, Johann


Bei uns sagte man, dass das Licht Wellen- wie auch Teilchencharakter hat. Deshalb dachte ich, man könnte die Frage auch mit dieser Eigenschaft beantworten.

Gruss Claudia

SCR
23.09.10, 09:20
Morgen physik!

Du liegst doch meines Erachtens nach gar nicht so verkehrt: Ist bei Euch evtl. der Begriff Dispersion (http://de.wikipedia.org/wiki/Dispersion_%28elektromagnetische_Wellen%29) gefallen?
Unter Dispersion versteht man in der Physik allgemein die Abhängigkeit einer Größe von der Wellenlänge. In der Optik ist es speziell die Abhängigkeit der Licht-Brechung von der Wellenlänge. Die optische Dispersion lässt sich zum Beispiel bei der Zerlegung des Sonnenlichtes mit Hilfe eines Prismas in ein farbiges Spektrum beobachten.
Ein Photon (= Teilchen ;)) hat eine bestimmte Wellenlänge/Frequenz.
Wenn Du einen Regenbogen sehen willst brauchst Du mehrere davon:
Gemeinsam betrachtet erscheinen die Teilchen als weisses Licht, zerlegt man sie mit einem Prisma entsprechend ihrer Wellenlänge erscheint der Regenbogen -> Das Prisma ist ein Beispiel für den Welle-Teilchen-Dualismus.

(So würde ich das zumindest sehen :)).

physik
23.09.10, 10:25
Guten Morgen

Nein, dieser Begriff wurde bei uns nicht gefallen.

Vielen Dank für die Erklärung. Dass heisst bei uns wäre das Prisma die Wasserstoffröhre? :o

SCR
23.09.10, 10:41
Dass heisst bei uns wäre das Prisma die Wasserstoffröhre?
Keine Ahnung - Ich war nicht dabei :D.
-> Was habt Ihr denn konkret mit dieser Röhre gemacht / Wie sah denn der Versuch aus? :rolleyes:

EDIT: Falls der Versuch etwa so aussah wie hier (http://www.swisseduc.ch/chemie/quantenchemie/leitprogramm-chemische-bindung/docs/leitprogramm_chemische_bindung.pdf) auf Seite 21 f beschrieben dann kannst Du Deine Frage vielleicht sogar selbst beantworten.

EMI
23.09.10, 13:08
Bei uns sagte man, dass das Licht Wellen- wie auch Teilchencharakter hat. Deshalb dachte ich, man könnte die Frage auch mit dieser Eigenschaft beantworten.
Gruss Claudia
Hallo Claudia:),

Licht zeigt mal Wellen- und mal Teilchencharakter, je nachdem welchen Versuch Du mit Licht durchführst.
Prisma -> Wellencharakter
Photoelektrischer Effekt -> Teilchencharakter

Weißes Licht ist additiv zusammengesetztes Licht, wie in der Farblehre.
Also grob, weißes Licht besteht aus violettem, blauen, grünem, gelben, roten... Licht. Alle Farben addiert ergeben weiß.

Jede Einzelfarbe des Lichtes hat eine andere Frequenz. Violett die schnellste, rot die langsamste.
Da die Frequenz f mit der Wellenlänge λ über die Lichtgeschwindigkeit c verknüpft ist, c=fλ, heißt das, dass jede Einzelfarbe des Lichtes auch eine andere Wellenlänge hat.
Violett die kürzeste, rot die längste.

Wird nun weißes Licht durch ein Prisma (optisch dichteres Medium wie Luft) geschickt, gelten die Brechungsgesetze.
Jede Wellenlänge/Frequenz wird anders gebrochen, daher erscheint das Licht nach dem Durchgang durch das Prisma in seine farbigen Bestandteile zerleg.
Ist übrigens beim Regenbogen genau so, jeder Wassertropfen durch den da das Licht geht ist quasi ein Prisma.

Gruß EMI

PS: Welche Klasse bist Du denn Claudia?

JoAx
24.09.10, 14:27
Hallo Claudia!


Dass heisst bei uns wäre das Prisma die Wasserstoffröhre?


Ich schätze, dass die Wasserstoffröhre euch das Licht lieferte. Dieses Licht ist aber nicht monochromatisch (= nur eine einzige Wellenlänge/Frequenz), es besteht aus vielen unterschiedlichen Frequenzen, so wie SCR und EMI schon geschrieben haben. Bevor man dieses also spektroskopisch analysieren kann, muss man verschiedene Frequenzen voneinander räumlich trennen, und genau das erledigt für uns ein Prisma. Dabei wird ausgenützt, dass Wellen bei Übergängen zwischen Materialien, in denen sie unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten haben, ihre Ausbreitungsrichtung ändern = Brechen. Wie gross der Winkel zwischen der ursprünglichen und der "gebrochenen" Ausbreitungsrichtung ist, hängt von dem Unterschied der Ausbreitungsgeschwindigkeiten und dem Einfallwinkel auf die Oberfläche des anderen Materials ab. Wenn eine Welle genau senkrecht auf die Oberfläche fällt (90°), dann ändert sich die Richtung nicht, ist der Winkel dagegen zu klein, dann kann diese auch komplett refliktiert werden.


Bei uns sagte man, dass das Licht Wellen- wie auch Teilchencharakter hat. Deshalb dachte ich, man könnte die Frage auch mit dieser Eigenschaft beantworten.


Sagen wir mal so - es hängt von der Aufgabe/Problemstellung ab, wie man das Licht zu behandeln hat - als Welle oder als Teilchen. Wenn man z.B. berechnen sollte, welche Beschleunigung ein Lichtstrahl einer bestimmten Frequenz und Intensität, bei einem angestrahlten Körper auslöst, dann wäre eine Teilchenbetrachtung sinnvoller:

E = hv

andererseits

E = c * pphoton

daraus folgt, dass einem Photon mit der Frequenz v der Impuls

pphoton = hv/c

zugesprochen werden kann. Ab hier kann dann simple klassische Mechanik mit ihrem elastischen Stoss übernehmen.


Gruss, Johann

physik
24.09.10, 21:07
EDIT: Falls der Versuch etwa so aussah wie hier (http://www.swisseduc.ch/chemie/quantenchemie/leitprogramm-chemische-bindung/docs/leitprogramm_chemische_bindung.pdf) auf Seite 21 f beschrieben dann kannst Du Deine Frage vielleicht sogar selbst beantworten.[/QUOTE]

Ja unser Versuch sah in etwa so aus. vielen dank ich werde am Wochenende mal diese Skript durchlese. Es scheint mir auf den ersten Blick einfach geschrieben,so dass man es verstehen wird.Hoffe ich zumindest :D

Gruss

Claudia

physik
24.09.10, 21:17
Vielen Dank Emi auch zu deinem Beitrag. Ich habe seit drei Jahren keine Physik mehr gehabt und im Gymnasium wurde dies auch nicht behandelt,da mein Schwerpunkt auf Sprachen lag und jetzt brauche ich wieder ein bisschen Physik für mein Studium.:o

Gruss

Claudia

EMI
24.09.10, 21:26
...und jetzt brauche ich wieder ein bisschen Physik für mein Studium.:o
Muss dir doch nicht peinlich sein Claudia,

was studierst Du denn?

Gruß EMI

PS: Zu Fragen in Physik und Mathe bist Du hier im Forum genau richtig.
Weibliche User werden bevorzugt betreut, zumindest von mir.
Nichts zu machen, liegt in meinen Genen, egal wie ich dagegen ankämpfe.

Marco Polo
24.09.10, 23:31
Weibliche User werden bevorzugt betreut, zumindest von mir.
Nichts zu machen, liegt in meinen Genen, egal wie ich dagegen ankämpfe.

Also wirklich, EMI. Du bist mir schon ein schlimmer Finger. Apropos Finger. Finger weg, von der vermutlich einzigen weiblichen Person hier im Forum. :D

Jogi
24.09.10, 23:35
Also wirklich, EMI. Du bist mir schon ein schlimmer Finger. Apropos Finger. Finger weg, von der vermutlich einzigen weiblichen Person hier im Forum. :D

Hehe, das sagt gerade der Richtige!:D

Lass doch EMI sein Plaisier, in seinem Alter kann man auf eine gute Gesundheit stolz sein.


Gruß Jogi

Marco Polo
24.09.10, 23:44
Hehe, das sagt gerade der Richtige!:D

Ähhh...wie meinen? Es dürfte wohl klar sein, dass in dieser Hinsicht Selbstdisziplin eine meiner herausragenden Eigenschaften ist. :D

Lass doch EMI sein Plaisier, in seinem Alter kann man auf eine gute Gesundheit stolz sein.

Dann gilt wohl: Je oller, je doller. :D

Jogi
24.09.10, 23:50
Es dürfte wohl klar sein, dass in dieser Hinsicht Selbstdisziplin eine meiner herausragenden Eigenschaften ist.
Oh Mann, hab' ich ein Glück, dass ich mein Bier gerade zur Seite gestellt hatte, sonst wäre meine Tastatur jetzt nur noch Elektronikschrott!:D :D :D


Viel Spass noch hier!