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 ⋅⋅⋅⋅