Review of: Das Licht

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On 08.05.2020
Last modified:08.05.2020

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Heraus, denn das Prequel zu knnen, hat sich Sobibor ein Gegner fr Ihr Restaurant.

Das Licht

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Das Licht

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Licht ist eine Form der elektromagnetischen Strahlung. Im engeren Sinne sind vom gesamten elektromagnetischen Spektrum nur die Anteile gemeint, die für das menschliche Auge sichtbar sind.

Eine vollständige Beschreibung des Lichts bietet die Quantenelektrodynamik. Im Vakuum breitet sich Licht mit der konstanten Lichtgeschwindigkeit von Trifft Licht auf Materie, so kann es gestreut , reflektiert , gebrochen und verlangsamt oder absorbiert werden.

Licht ist der für das menschliche Auge adäquate Sinnesreiz. Dabei wird die Intensität des Lichts als Helligkeit wahrgenommen, die spektrale Zusammensetzung als Farbe.

Bis weit in die Neuzeit hinein war weitgehend unklar, was Licht tatsächlich ist. Man glaubte teilweise, dass die Helligkeit den Raum ohne Zeitverzögerung ausfüllt.

Würde dies stimmen, müsste der Mensch auch im Dunklen sehen können. Galileo Galilei versuchte als einer der ersten, die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts ernsthaft zu messen, jedoch ohne Erfolg.

Dafür waren die ihm zur Verfügung stehenden Mittel viel zu grob. Zwar betrug die Abweichung seines Messwerts vom tatsächlichen Wert ca.

Die Natur des Lichts blieb jedoch weiter ungeklärt. Im Jahrhundert versuchte Isaac Newton mit seiner Korpuskeltheorie , die Ausbreitung des Lichts durch die Bewegung von kleinen Teilchen zu erklären.

Damit konnte man zwar die Reflexion verstehen, nicht jedoch manche andere optische Phänomene, wie die Beugung , bei der es sich eindeutig um ein Wellenphänomen handelt.

Zur gleichen Zeit begründeten Christiaan Huygens und andere die Wellentheorie des Lichts , die sich aber erst Anfang des Michael Faraday erbrachte als erster den Nachweis, dass Licht und Magnetismus zwei miteinander verbundene physikalische Phänomene sind.

Er veröffentlichte den von ihm gefundenen magnetooptischen Effekt , der heute als Faraday-Effekt [2] bezeichnet wird, unter dem Titel Über die Magnetisierung des Lichts und die Belichtung der Magnetkraftlinien.

James Clerk Maxwell formulierte die noch heute gültigen Grundgleichungen der Elektrodynamik und erkannte, dass dadurch die Existenz freier elektromagnetischer Wellen vorhergesagt wurde.

Da deren vorhergesagte Ausbreitungsgeschwindigkeit mit der bekannten Lichtgeschwindigkeit übereinstimmte, schloss er, dass das Licht wohl eine elektromagnetische Welle sei [4].

Er vermutete wie damals nahezu alle Physiker , dass diese Welle nicht im leeren Raum existieren könne, sondern ein Ausbreitungsmedium brauche.

Dieses Medium, das das gesamte Weltall ausfüllen müsste, wurde als Äther bezeichnet. Mit der darauf aufbauenden elektromagnetischen Lichttheorie schienen im ausgehenden Jahrhundert beinahe alle Fragen zum Licht geklärt.

Andererseits schien unter anderem der Photoeffekt der Wellennatur des Lichts zu widersprechen. So entstand eine radikal neue Sichtweise des Lichts, die durch die Quantenhypothese von Max Planck und Albert Einstein begründet wurde.

Als solches vereint es Eigenschaften von Welle und von Teilchen, ohne das eine oder das andere zu sein und entzieht sich somit unserer konkreten Anschauung.

Daraus entstand Anfang des Jahrhunderts die Quantenphysik und später die Quantenelektrodynamik , die bis heute unser Verständnis von der Natur des Lichts darstellt.

Im Folgenden werden die wichtigsten Modelle zur Beschreibung des Lichts vorgestellt. Wie alle Modelle in der Physik sind auch die hier aufgeführten in ihrem Geltungsbereich beschränkt.

In der klassischen Elektrodynamik wird Licht als eine hochfrequente elektromagnetische Welle aufgefasst.

Es ist eine Transversalwelle , wobei die Amplitude durch den Vektor des elektrischen Feldes oder des Magnetfeldes gegeben ist. Die Ausbreitungsrichtung verläuft senkrecht dazu.

Bei unpolarisiertem Licht setzt sich das Strahlungsfeld aus Wellen aller Polarisationsrichtungen zusammen. Die Wellengleichung dieser elektromagnetischen Welle kann aus den Maxwell-Gleichungen hergeleitet werden.

Offensichtlich hängt die Lichtgeschwindigkeit — genauer: die Phasengeschwindigkeit des Lichts — in Medien von deren Materialeigenschaften ab.

Im Allgemeinen ist er frequenzabhängig, was als Dispersion bezeichnet wird. Darauf beruht unter anderem die Fähigkeit eines Prismas , das Licht in seine spektralen Anteile zu zerlegen.

Dann können sämtliche Beugungsphänomene vernachlässigt werden. Das Bindeglied zwischen Wellenoptik und Strahlenoptik ist der Wellenvektor , dessen Richtung mit der Richtung des Lichtstrahls übereinstimmt.

Die Strahlenoptik ist besonders gut geeignet, Phänomene wie Licht und Schatten , Reflexion oder Brechung zu beschreiben.

Insbesondere sind die Abbildungsgesetze auch die Grundlage für das Verständnis des Brechapparats im menschlichen Auge.

Von spiegelnden Oberflächen blankes Metall, Wasseroberfläche wird Licht nach dem Reflexionsgesetz reflektiert.

Der einfallende und der ausfallende Strahl sowie das Lot auf der reflektierenden Fläche liegen in einer Ebene. Einfallswinkel und Ausfallswinkel sind einander gleich.

Das Verhältnis der reflektierten Lichtintensität zur einfallenden Lichtintensität wird als Reflexionsgrad bezeichnet und ist material- und wellenlängenabhängig.

Der Reflexionsgrad gibt an, wie viel Prozent des auf eine Fläche fallenden Lichtstroms reflektiert werden. Licht wird an der Grenzfläche zwischen zwei Medien unterschiedlicher optischer Dichte gebrochen, d.

Der Vollständigkeit halber sei gesagt, dass an einer solchen Grenzfläche stets auch die Reflexion mehr oder weniger stark auftritt.

Das Brechungsgesetz von Snellius besagt:. Der einfallende und der gebrochene Strahl sowie das Lot auf der Grenzfläche liegen in einer Ebene.

Dabei ist der Winkel zwischen Lot und Lichtstrahl in dem Medium kleiner, das den höheren Brechungsindex hat. Wenn der einfallende Strahl aus dem optisch dichteren Medium unter einem flachen Winkel auf die Grenzfläche trifft, gibt es keinen reellen Winkel für den gebrochenen Strahl, der diese Bedingung erfüllt.

In diesem Fall tritt statt der Brechung eine Totalreflexion auf. Der Wellenoptik liegt das Prinzip von Huygens und Fresnel zugrunde.

Jeder Punkt einer Wellenfront ist der Ausgangspunkt einer Elementarwelle. Eine Wellenfront ergibt sich als Überlagerung dieser Elementarwellen.

Mit Elementarwelle ist in diesem Zusammenhang eine Kugelwelle gemeint, die von einem bestimmten Punkt ausgeht. Wellenfronten sind die Flächen gleicher Phase.

Der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Wellenfronten ist somit die Wellenlänge. Die Wellenfronten einer ebenen Welle sind also Ebenen, die Wellenfronten von Elementarwellen sind konzentrische Kugelflächen.

Die Ausbreitungsrichtung also die Richtung des Wellenvektors bildet stets eine Normale zur Wellenfront. Mit der Wellenoptik lassen sich alle Phänomene der Beugung und Interferenz verstehen.

Sie eignet sich aber auch, das Reflexions- und das Brechungsgesetz herzuleiten. Die Wellenoptik widerspricht also nicht der Strahlenoptik, sondern erweitert und vertieft diese.

Historisch nimmt die Wellenoptik von Huygens und Fresnel schon eine wesentliche Erkenntnis der Elektrodynamik vorweg: Lichtwellen sind elektromagnetische Wellen.

In der Quantenphysik wird Licht nicht mehr als klassische Welle, sondern als Quantenobjekt aufgefasst.

Demnach setzt sich das Licht aus einzelnen diskreten Energiequanten zusammen, den sogenannten Photonen. Ein Photon wird entweder als Ganzes absorbiert und emittiert oder gar nicht.

Trotzdem bleibt alles, was hier bisher über die Welleneigenschaften des Lichts gesagt wurde, gültig. Je nach Betrachtungsweise zeigen sie Eigenschaften der einen oder der anderen.

In der heute gängigsten Interpretation der Quantenmechanik Kopenhagener Deutung kann man den genauen Ort eines Photons nicht a priori vorhersagen.

Man kann nur Aussagen über die Wahrscheinlichkeit machen, mit der ein Photon an einer bestimmten Stelle auftreffen wird.

Diese Wahrscheinlichkeitsdichte ist durch das Betragsquadrat der Amplitude der Lichtwelle gegeben. Prinzipiell unterscheidet man zwischen thermischen und nicht-thermischen Strahlern.

Erstere beziehen die Energie für die Strahlungsemission aus der thermischen Bewegung ihrer Teilchen. Seine Funktion im Raum, seine Charakteristik, seine Planung.

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