Wahlpflichtfach 2

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Vorl. #19 (12. Juli 2010)
Physik für Mediziner, Zahnmediziner und Pharmazeuten
SS2010
Lenz'sche Regel
Widerstände: U = RI
Kondensatoren: I = C
dU
, Strom eilt Spannung 90° voraus
dt
dI
, Strom eilt Spannung 90° hinterher
dt
Knotenregel: Summe der Ströme an einem Knoten sind 0
Maschenregel: Spannungen in einer Masche addieren sich zu 0
1
1
1
Parallelschaltung: =
+
R R1 R2
Reihenschaltung: R = R1 + R2
elektrischer Schwingkreis: Spule + Kondensator,
1
1
1
, Energiebilanz: E = E magnetisch + E elektrsich = LI (t ) 2 + CU (t ) 2
Resonanzfrequenz: f 0 =
2
2
2π LC
Spule: U = L
VI.3.e elektro-magnetische Wellen
Übergang von Schwingung zu Wellen
BILD!!!!
Ein elektrischer Schwingkreis kann (wenn man ihn richtig "baut") elektromagnetische Wellen
abgeben.
⇒ c = λf
Versuch: Applets
Schall: 343 m/s
Schallgeschw. in Wasser: 1484 m/s
Licht: 3 10^8 m/s
Versuch: Lichtgeschwindigkeit
elektromagnetische Wellen sind Transversalwellen ⇔ 2 Polarisationsrichtungen!!!!
Versuch: Hertz'scher Dipol
VI.3.f Zusammenfassung
- Ladungen → Coulomb-Kraft auf andere Ladung, elektrisches Feld, elektrisches Potential
- Ströme → Lorentz-Kraft auf andere bewegte Ladungen, magnetisches Feld,
- zeitlich sich ändernder magnetischer Fluss → induzierte Spannungen
- homogene el. Felder: Plattenkondensator, homogene mag. Felder: lange Spule
- Isolatoren im elektrischen Feld → Polarisation, Dieelektrizitätskonstante
- Influenz, Abschirmung el. Felder, Beschleunigung von Ladungen
- Widerstand, Kondensator, Spule, Maschenregel, Knotenregel
- elektrischer Schwingkreis, elektro-magnetische Wellen
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Vorl. #19 (12. Juli 2010)
VII. Optik
Verhalten und die Natur von Licht,
Wellenoptik, geometrische Optik, Quantenoptik
VII.1 Wellenoptik
grundlegende Erkenntnis: Licht sind Wellen
→ Amplitude, Phase, Frequenz, Wellenlänge, Polarisation
λ = cf
Nachweis: Interferenz, Beugung
Versuch: Doppelspalt, Beugungsringe etc., Farben dünner Plättchen
grün: λ = 550 nm, f ≈ 0.5 1015 Hz = 0.5 THz
→ Wellennatur wird sichtbar wenn das Objekt in der Grösse der Wellenlänge ist, ist es viel
grösser, kann Licht wie ein Lichtstrahl betrachtet werden → geometrisch Optik
Nachweis II: Polarisation
Licht sind Transversalwellen ⇒ 2 Polarisationsrichtungen!!!! (Schall = Longitudinalwellen)
Versuch: Hertzscher Dipol, Klystron
Bemerkung:
die Lichtgeschwindigkeit hängt von dem Medium ab, in dem sich das Licht ausbreitet ⇒
1
1
Brechungsindex n: c = cVakuum =
cVakuum
n
ε
VII.2 Geometrische Optik
obwohl es eigentlich el.-mag. Wellen sind, kann man in vielen Fällen Licht wie ein Strahl
betrachten und behandeln
dies geht immer dann wenn die "Objekte" grösser als die Wellenlänge λ des Lichts werden, denn
dann können die Welleneigenschaften des Lichts nicht "gespürt" werden
Beispiel: Interferenz am Spalt; das Interferenzmuster verschwindet wenn der Spalt grösser als die
Wellenlänge des Lichts wird → Licht verhält sich wie ein Strahl
VII.2.a Reflexion und Brechung
trifft Licht auf eine Grenzfläche, an der sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts
verändert, dann wird das Licht reflektiert und gebrochen
BILD!!!
Versuch: Optische Tafel
Reflexion:
sin α ein = sin α aus
-3Brechung:
Vorl. #19 (12. Juli 2010)
n1 sin α1 = n2 sin α 2
Bemerkung:
- Merke: Brechung hin zu optisch dichterem Medium, grösseres n
- es kommt physikalisch also eigentlich nicht auf unterschiedliche Medien an, sondern darauf
dass die Medien unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten c bzw Brechungsindizes n
haben!!!!!!
VII.2.b einfache Optische Bauteile
Prisma:
nutzt Brechung aus
Versuch: Optische Tafel
Linsen:
nutzt Brechung aus, "viele" Prismen
⇒ Hauptebene, optische Achse, Brennebene, Brennpunkt F
BILD!!!!
Merke:
- der Zentralstrahl wird nicht abgelenkt
- alle parallel zum Zentralstrahl einfallenden Strahlen, werden durch die Linse so abgelenkt, dass
der auslaufende Strahl den Zentralstrahl in der Brennebene trifft
BILD!!!! zwei Bilder, einmal mit Zentralstrahl senkrecht, einmal schief!!!!
Abbildungsgleichung:
1 1 1
+ =
a b f
Sammellinse (konvex) ↔ F positiv
Zerstreuungslinse (konkav) ↔ F negativ
BILD!!!
Versuch: Optische Tafel
Spiegel:
nutzt Reflexion aus
Versuch: Optische Tafel, Hohlspiegel
Damit alle Strahlen in einem Brennpunkt ⇒ Parabolspiegel