Diarydie klausur naht und ich bin da noch nicht so auf der höh' was quantenphysik betrifft. irgendwie weiß ich bei dem versuch gar nicht was der eigentlich soll
kann mir das jemand in schön verständlich erklären?
die klausur naht und ich bin da noch nicht so auf der höh' was quantenphysik betrifft. irgendwie weiß ich bei dem versuch gar nicht was der eigentlich soll
kann mir das jemand in schön verständlich erklären?
Erstmal zur Idee bzw. zur Philosophie dahinter:Zitat von Diary
die klausur naht und ich bin da noch nicht so auf der höh' was quantenphysik betrifft. irgendwie weiß ich bei dem versuch gar nicht was der eigentlich soll
kann mir das jemand in schön verständlich erklären?
Obgleich in der Geschichte der Wissenschaft immer wieder Thesen aufgestellt wurden, ob Licht nun ein klassisches Teilchen (wie etwa ein Proton) oder eine klassische Welle (wie etwa die Schwingung von Wasser) sei, zeigte sich durch Effekte an Doppelspalt und optischem Gitter deutlich der Wellencharakter des Lichts. Man konnte mit dem Beugungsmuster bei diesen Versuchen Effekte sehen, die auch bei klassischen Wellen, wie etwa Wasserwellen auftreten. Den Nachweis erbrachte Young im Jahr 1802 mit dem Doppelspaltversuch.
Andererseits kannte man den lichtelektrischen Effekt (auch Photoeffekt genannt). Dabei geht es darum, dass Licht in der Lage ist, Elektronen aus Atomen herauszulösen. Würde man Licht als klassiche Welle interpretieren, dann wäre die Energie der herausgelösten Elektronen stets abhängig von der Amplitude des Lichts (klar: je höher Wasserwellen, desto größer ist ihre kinetische Energie). Man beobachtete aber im Versuch zweierlei: Die Amplitude des Lichts, also die Intensität (kann man auch als Helligkeit des Lichts oder als Zahl der Lichtquellen anschaulich versehen) hat nur Einfluss auf die Zahl der gleichzeitig ausgelösten Elektronen.
Die Energie, die jedes einzelne ausgelöste Elektron dagegen beim Auslösen abbekommt (und zu einer gewissen Photospannung führt), ist nur abhängig von der Frequenz des Lichts, also von dessen Farbe. Blaues Licht erzeugt eine höhere Photospannung als rotes, da blaues Licht eine höhere Frequenz hat. Weiterhin entdeckte man, dass die Frequenz, die man braucht, um aus Materialien überhaupt Elektronen auslösen zu können, eine materialspezifische Eigenschaft ist.
(Siehe z.B. auch das Bräunen von Haut durch UV-Licht. Hier braucht man energiereiche Strahlung im UV-Bereich. Man kann hier noch so viel sichtbares Licht abbekommen (gut, irgendwann wird's zu warm), es würde trotzdem keinen Sonnenbrand geben - relativ geringe Strahlungsleistungen an ultraviolettem Licht reichen aber aus).
Jedenfalls führten die Beobachtungen des Photoeffekts zu folgender Gleichung: E = h*f. Diese wurde von Einstein 1905 durch Beobachtung hergeleitet.
D.h. Energie von Licht kommt frequenzabhängig ("f") in Portionen (Quanten) von "h" daher. "h" ist eine Naturkonstante (Plancksches Wirkungsquantum), wie sich zeigte und damit materialunabhängig. Somit konnte man Licht eben doch als abgeschlossene Einheiten von Energie interpretieren, wie eben klassische Teilchen. Daher auch der Begriff "Photon".
Nun hatte man aber ein Problem: Licht zeigte sich im Photoeffekt als Teilchen, bei Beugungseffekten als Welle (siehe auch: Welle-Teilchen-Dualismus). Wie dieses Problem dann theoretische aufgelöst wurde, ist eine andere Frage. Hier geht es nur um die Beobachtungen:
Wenn, so sagte man, Licht Teilcheneigenschaften hat, dann muss es auch eine Masse "m" und einen Impuls (p = m*v) besitzen. Dies wies Compton 1922 nach und lieferte somit den Beweis für die Teilcheneigenschaften von Licht.
Was genau passiert beim Compton-Effekt? Wenn man Licht auf Elektronen treffen lässt und sie stoßen zusammen, findet eine Impulsübertragung statt (wie eben wenn man zwei klassiche Kugeln, wie etwa im Billiardspiel zusammenstoßen lässt). Diese Impulsübertragung geht auch mit Energieänderungen einher. Das eine Photon kann Energie und Impuls auf ein Elektron übertragen, allerdings wird ein Photon (im Gegensatz zur stoßenden Billiardkugel) nicht langsamer, sondern erfährt als energieärmeres Teilchen eine Rotverschiebung. D.h. es ändert seine Frequenz.
Hätte Licht hier "nur" Welleneigenschaften gezeigt, dann hätte das Auftreffen von Licht nur dazu geführt, dass die Elektronen zum Mitschwingen angeregt werden. Stattdessen fand man, dass genau die klassischen Gleichungen für Energie- und Impulsübertragung beim Stoß von Teilchen auch für Licht gelten. Dies war dann der Beweis für die 1905 bereits durch die Deutung des Photoeffekts postulierten Teilcheneigenschaften von Licht.
Nur um die Sache zu vervollständigen: 1924 vermutete de Broglie, dass, wenn man dem Licht Teilcheneigenschaften hachweisen kann, dass man dann evtl. auch klassichen Teilchen (wie etwa Elektronen, Protonen, Atomen, Atomverbünden) Welleneigenschaften zuordnen kann und hat dies auf dem Papier auch getan. Weitere Physiker konnten 1927 und 1928 die Vermutung de Broglies durch die beobachtete Beugung von Elektronen experimentell nachweisen.
Das sollte Dir mal einen Überblick geben, welche wesentlichen Experimente in der Quantenphysik am Anfang des 20. Jahrhunderts stattgefunden haben und wo der Compton-Effekt da eingeordnet werden kann.
Mathematische Details zum Compton-Effekt findest Du sicher in Deinem Physikbuch oder bei Wikipedia. Im Grunde geht man her und setzt die klassischen Gleichungen, die beim Stoß von Teilchen gelten, auf Energie und Impuls der beteiligten Stoßpartner (hier Photonen und Elektronen) an.
HTH!
Gruß,
Steffen
danke, aber die klausur ist vorbei, und ich habs sogar auch noch vorher alles verstanden
mal sehen was drauß wird.
Dann schreib das aber doch bitte zukünftig dazu. ;-)
Naja, jedenfalls habe ich meine Physikkenntnisse wieder aufgefrischt und vielleicht hat ja noch jemand anderes einmal etwas davon...
Gruß,
Steffen
tschuldigung, aber ich bin eher der kurz-vor-der-klausur-lerner, hatte das dann ganz vergessen, weil da ja niemand antwortete bis dahin. nächstes mal schreib ich wann die klausur ist
Danke, Steffen sehr verständlich erklärt
Auf perfektem Abi-Niveau ^^
Es sollte auch ein Wikipedia geben, dass nicht akademische Vorkenntnisse voraussetzt
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