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physik artikel (Interpretation und charakterisierung)

Klassisches licht:


1. Atom
2. Motor



Unter klassischem Licht versteht man Licht mit Wellencharakter. Alle Phänomene die damit in Verbindung stehen fallen in den Bereich der klassischen Physik.

Polarisation:
Die Entdeckung der Polarisation offenbarte die Erkenntnis, dass Licht eine Transversal- und keine wie bisher angenommen Longitudinalwelle (wie die Schallwelle) ist. Unter polarem Licht versteht man eine elektromagnetische Welle, deren Amplitude nur in eine Richtung 90° zur Ausbreitungsachse verläuft. Natürliches Licht ist grundsätzlich unpolar, d.h. es schwingt in alle Richtungen gleichermaßen. Durch sogenannte Polarisationsfilter kann man die Welle zwingen eine bestimmte Form anzunehmen, klarerweise verringert sich dadurch die Energie beträchtlich. Legt man zwei Polarisationsfilter übereinander sodass der Zweite das Licht um 90° von dem Ersten verschoben polarisiert, ist die Welle entgültig zerstört und kein Licht dringt mehr durch.

Brechung:
Die Lichtwelle wird beim Übergang in ein verschieden dichtes Medium gebrochen, d.h. wenn beispielsweise Licht von Luft in Wasser übergeht wird der Eintrittswinkel an der Übergangsfläche kleiner sein als der Austrittswinkel (wenn der Winkel genau 90° ist geschieht natürlich nichts). Der Grund dafür ist simpel: der Teil der Welle, der früher auf das dichtere Medium trifft muss sich länger im langsameren Medium bewegen als der, der erst später eintritt und damit weg "gut macht", dadurch wird der Winkel stumpfer.
Unter Dispersion versteht man die Abhängigkeit des Brechungsindex von der Wellenlänge des Lichts. So wird beispielsweise der Austrittswinkel von Licht geringer Wellenlänge ein anderer sein als der großer Wellenlänge.
Bei der Reflexion findet nur in einem Medium statt, in dem Fall der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel, es kommt immer auf die Kriterien Polarität, Frequenz und Brechungsindex des Mediums an ob Reflexion oder Brechung stattfindet. Ein Spezialfall der Reflexion ist die Totalreflexion und das besondere dabei ist, dass ja die Welle nicht von vornherein "weiß", dass sie sich total zu reflektieren hat. Sie dringt etwa eine Wellenlänge in das neue Medium ein, bevor sie ganz reflektiert wird.

Beugung:
Sie tritt dann auf, wenn wir beobachten können, dass ein Lichtstrahl keine scharfen Kanten erzeugt oder, wenn er durch einen schmalen Spalt verläuft, sich nicht wie man meinen könnte geradlinig ausbreitet, sondern auch "um die Ecke" in den Raum der schattig sein müsste geht. Die Beugung kann man sich am Besten mit dem Huygenschen Prinzip vorstellen: Die Welle muss sich durch einen schmalen Spalt zwängen, wobei an jedem Punkt, an dem sie den Spalt berührt, sich eine neue Welle bildet, die sich kugelförmig ausbreitet. Daraus lässt sich auch erkennen, dass polares und gebündeltes Licht weniger Beugung aufweist als unpolares und gestreutes Licht.

Kohärenz:
Die Kohärenz ist die Grundvoraussetzung dafür, dass zwei Lichtwellen miteinander interferieren können. Licht ist kohärent wenn eine feste Phasenbeziehung zwischen ihnen bestehtist. Man unterscheidet zwischen räumlicher und zeitlicher Kohärenz.
Die räumliche Kohärenz leuchtet ein, da die Wellen eine ähnliche Richtung haben müssen, um miteinander interferieren zu können. Die zeitliche Kohärenz ist wieder eine spezielle Wellenerscheinung: Wellen unterschiedlicher Frequenz interferieren nicht miteinander, da sie sich kaum überlagern. Eine weitere wichtige Eigenschaft, die eine kohärente Welle besitzen muss, ist die gleiche Polarität, sonst nützt uns weder die zeitlich noch die örtliche Kohärenz. Diese Erkenntnisse waren für die Anhänger der Wellentheorie ein überzeugender Beweis zugunsten ihrer Anschauung, da ja aufeinander zulaufende Teilchen auf jeden Fall interferieren müssten.
Die Koherenz kann mit dem Michelson Interferometer gemessen werden, aus den Messungen ergibt sich das Beispielsweise eine Glühbirne eine Kohärenz von nur wenigen tausendstel mm hat, während mit Laserlicht mehrere km erreicht werden können.

Streuung:
Darunter versteht man die Ablenkung von Lichtwellen beim Aufprall auf Teilchen. Aus der klassischen Betrachtung ergibt sich der Grund, weshalb sich bestimmte Spektren Streuen und andere an den selben Teilchen wieder nicht. Bei großen Wellenlängen ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass die Welle dem Hindernis ausweicht, wobei kurzwelliges Licht unvermeidlich kollidiert. Mit der Streuung lässt sich die beliebte Frage erklären mit der kleine Kinder gelegentlich ihre Eltern ins Schwitzen bringen: Warum ist der Himmel blau? Das blaue Spektrum des Lichts wird an der Atmosphäre gestreut, wodurch sich je nach Lage zur Sonne eine blaue oder eine rote Färbung des Himmels ergibt. Wenn das Sonnenlicht einen kurzen Weg durch die Atmosphäre macht sehen wir den Himmel blau, das Licht in diesem Fall zwar gestreut, erreicht uns aber dennoch. Hat das Licht einen langen Weg durch die Atmosphäre, so wird der blaue Anteil des Spektrums weggestreut und es erreicht uns vor allem der rote Anteil.

 
 



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