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Das Auge

Akkomodation des Auges

Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V9 27.01.2007

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5Kurzsichtiges Auge mit Zerstreuungslinse zur Korrektur (um entfernte Objekte scharf zu sehen):

Weitsichtiges Auge mit Sammellinse zur Korrektur (für nahe Objekte):weit


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Bildentstehung im Mikroskop:

Das Objektiv erzeugt ein reelles Zwischenbild


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Bildentstehung im Fernrohr:


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Was ist die Natur des Lichtes?

- Lichtstrahlen (geometrische Optik)

- Elektromagnetische Welle (Interferenz, Beugung, Polarisation,…)

- Licht (elektromagnetische Strahlung)besteht aus einzelnen Quanten = Photonen


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Strahlung eines schwarzen Körpers mit Temperatur TAlle Körper, die eine Temperatur T haben, senden elektromagnetische Strahlung aus (Intensität~T4)

Bei Raumtemperatur ist die Intensität gering, wir bemerken davon nichts.Bei höheren Temperaturen tritt Infrarotstrahlung auf, → wir spüren Wärme vom Körper ausgehen.Bei noch höheren Temperaturen (~ 1000K) glühen die Körper sogar (rot glühendes Metall).Bei 2000K glühen die Körper gelb oder weiss.Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Intensitätsmaximum der elektromagn. Strahlung,zu immer kürzeren Wellenlängen.

Idealisierter schwarzer Körper:Absorbiert alle Strahlung, die auf ihn fällt.


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Wo kommt Schwarzkörperstrahlung vor?

Strahlung von glühendemEisen, Stahl,…

Strahlung der Sterne:Farbe der Sterne → Temperatur der Oberfläche


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Elektromagnetisches Spektrum eines schwarzen Körpers der Temperatur T

1. Position des Maximums

mK1090.2 3max

−⋅=⋅Tλ

2. Form des Spektrums

Anwendung: Oberflächentemperatur der Sonneλmax = 500nm, TOberfläche= 6000K

118),( /5 −

⋅= kThcehcTu λλ λπλ

Plancksches Wirkungsquantum:h = 6.626·10-34 Js

wurde erstmals von Max Planck erklärt.Klappt nur, wenn man annimmt, dassdie Strahlung aus Quanten der Energie E = h·f besteht.

Unser Universum ist ein nahezu idealer schwarzer Körper mit T = 2.73K

Gemessene Temperaturverteilung des Universums kurz nach dem Urknall (vor 13.7 Milliarden Jahren)

Es strahlt Mikrowellenstrahlung ab

WMAP Satellit

Nobelpreis 1978

Nobelpreis 2006

J. Mather, G. Smoot


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Heinrich Hertz Turm Hamburg

Heinrich Hertz (1857-1894)

1887 berühmtes Experiment:erstmaliger Nachweis em-Wellen!

(die Existenz von em-Wellen wurde 1873 von James Maxwell vorhergesagt)

Entdeckung des photoelektrischen Effekts


15Photoelektrischer Effekt:

=


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Deutung: Photoelektrischer EffektDeutung: Photoelektrischer Effekt

Annalen der Physik 17, S. 132- 148 (1905)

Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt; von A. Einstein

Licht besteht aus Lichtquanten (Photonen) der EnergieE = h⋅f

Licht besteht aus Lichtquanten (Photonen) der EnergieE = h⋅f

“Nach der hier ins Auge zu fassenden Annahme ist bei Ausbreitung eines von einemPunkte ausgehenden Lichtstrahles die Energie nicht kontinuierlich auf größer und größer werdende Räume verteilt, sondern es besteht dieselbe aus einer endlichen Zahlvon in Raumpunkten lokalisierten Energiequanten, welche sich bewegen, ohne sich zuteilen und nur als Ganze absorbiert und erzeugt werden können…”


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Photon

e-

Photomultiplier


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"for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of thephotoelectric effect"

"for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of thephotoelectric effect"

Nobelpreis 1921

Albert Einstein (1879 – 1955)Albert Einstein (1879 – 1955)

• 1905: “Annus Mirabilis” Spezielle RelativitätstheorieE = mc2

Lichtquanten: PhotonenPhotoelektrischer EffektBrownsche Bewegung

• 1916: Allgemeine Relativitätstheorie

• 1925:Bose-Einstein Kondensation


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Philipp Eduard Anton Lenard (1862 – 1947): „Deutsche Physik“Philipp Eduard Anton Lenard (1862 – 1947): „Deutsche Physik“Einer der Hauptgegner der Relativitätstheorie in Deutschland:Einer der Hauptgegner der Relativitätstheorie in Deutschland:

• Energie der Photoelektronen hängt nicht von Intensität, sondern nur von der Wellenlänge ab.

• 1905 Nobelpreis für Arbeit mit Kathodenstrahlen• 1936 erscheint Lenards vierbändiges Lehrbuch

für Experimentalphysik "Deutsche Physik"

… auch Nobelpreisträger können irren!!!

„Es war ein Judenbetrug, was man mit mehr Rassenkunde, als damalsverbreitet war, auch von vornherein hätte vermuten können, da der Urheber Einstein Jude war."

Lenard über die Relativitätstheorie:

Historische Anmerkung


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Bewegt sich ein Objekt (Masse m) mit einer Geschwindigkeit v,die fast so gross wie die Lichtgeschwindigkeit c ist, stellt man fest, dass die klassischen Beziehungen:

mpEvmpmvE kinkin 2

,,2

221 =⋅==

nicht mehr gueltig sind.

Stattdessen gelten die durch die (spezielle) Relativitaetstheoriegegebenen Zusammenhaenge (sh. naechtse Seite).

Fuer v << c, sind die klassischen Beziehungen naeherungsweise richtig.

Einige Konsequenzen der speziellen Relativitaetstheorie:


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Masse und Energie (in der Relativitaetstheorie)

• Energie eines ruhenden Teilchens (m0 heißt Ruhemasse):2

00 cmE =

• Beziehung zwischen Energie und Impuls

( )220

222 cmcpE +=

• Energie und Impuls eines Teilchens (Ruhemasse m0) :2

02 cmmcE ⋅== γ

( )21

1

cv

−

=γ

Teilchen mit Ruhemasse m0 = 0 bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit v = c,für sie gilt E = pc (Beispiel: Photonen).

vmvmp ⋅⋅=⋅= 0γ


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E = m c2

"It followed from the special theory of relativity that mass and energy are both but different manifestations of the same thing --a somewhat unfamiliar conception for the average mind. Furthermore, the equation E is equal to m c-squared, in which energy is put equal to mass, multiplied by the square of the velocity of light, showed that very small amounts of mass may be converted into a very large amount of energy and vice versa. The mass and energy were in fact equivalent, according to the formula mentioned above. This was demonstrated by Cockcroft and Walton in 1932, experimentally."

From the soundtrack of the film, Atomic Physics.Copyright © J. Arthur Rank Organization, Ltd., 1948.Image © Brown Brothers, Sterling, PA.


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Photonen, E=mc2, Teilchen- und Antiteilchen

(Magnetfeld zeigt aus der Bildebene)

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