[Physik] Geometrische Optik: Totalreflexion?

Guten Tag,

ich verstehe leider die Totalreflexion noch nicht so wirklich. Ich freue mich sehr auf eure ausführlichen und leicht verständlichen Erklärungen.

Totalreflexion kann beim Übergang vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium stattfinden, wenn der Einfallswinkel so groß ist, dass der Brechungswinkel nach dem Brechungsgesetz über 90° wäre.

  • Der Einfallswinkel ist hier ja Alpha. Alpha Strich ist hier der Ausfallswinkel. Da es hier zu einer Totalreflexion kommt, gilt Einfallswinkel Alpha = Ausfallswinkel Alpha Strich.
  • Aber wie kann man hier berechnen, dass der Brechungswinkel über 90° ist? Das verstehe ich leider noch überhaupt nicht. Ich verstehe nicht, wie genau ich erkennen/berechnen kann, ob es zu einer Totalreflexion kommt oder ob es zu einer Reflexion kommt.
  • Wie berechne ich den Grenzwinkel der Totalreflexion?

[Weitere Darstellung]

n2 < n1, d.h. dass n1 das optisch dichtere Medium sein muss.
  • Wieso kann man sagen, dass n1 das optisch dichtere Medium sein muss? Ich weiß, dass angegeben ist, dass der Brechungsindex von n1 größer ist als der Brechungsindex von n2. Also kann man sagen, dass ein größerer Brechungsindex bedeutet, dass das Medium optisch dichter sein muss?
Der Einfallswinkel vom grünen Strahl ist so klein, dass der Brechungswinkel kleiner als 90° ist und der Strahl somit austreten kann und dabei vom Lot weggebrochen wird.
  • Aber wo genau ist überhaupt hier der Brechungswinkel vom grünen Strahl? Wie erkenne ich, dass dieser kleiner als 90° ist?
Beim gelben Strahl ist der Brechungswinkel genau 90° und der Strahl verläuft entlang der Grenzschicht.
  • Wo kann ich hier erkennen, dass der Brechungswinkel vom gelben Strahl genau 90° ist? Ich sehe hier keinen rechten Winkel.
Beim roten Strahl ist der Grenzwinkel überschritten und es kommt zur Totalreflexion.

Das verstehe ich leider auch noch nicht. Wo sehe ich hier beim roten Strahl, dass der Grenzwinkel (Brechungswinkel von 90°) überschritten ist?

Bild zum Beitrag
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Ist das Exposé und die Gliederung zum Dopplereffekt gut?

Hallo,

Ich muss in absehbarer Zeit eine GFS über den Dopplereffekt in Physik halten und habe deshalb ein Exposé und eine Gliederung zum Dopplereffekt von ChatGPT verfassen lassen.

Hier das Ergebnis:

"Hier ist ein Vorschlag für ein Exposé und eine Gliederung deiner GFS zum Dopplereffekt:

Exposé: Der Dopplereffekt

Thema: Der Dopplereffekt – Ein grundlegendes Phänomen in Physik und Alltag

Ziel der GFS: Ziel dieser GFS ist es, das physikalische Phänomen des Dopplereffekts in seinen Grundzügen zu erklären, die mathematischen Zusammenhänge zu veranschaulichen und praktische Anwendungen aufzuzeigen. Der Dopplereffekt ist ein Phänomen, das nicht nur in der Akustik, sondern auch in der Optik und Astronomie bedeutend ist. Diese GFS wird detailliert darauf eingehen, wie das Phänomen auf verschiedene Wellenarten angewendet wird, sowie Beispiele aus dem Alltag und der Wissenschaft bieten.

Gliederung:

1. Einleitung

Einführung in das Thema

Alltägliche Beispiele des Dopplereffekts (z.B. Sirene eines vorbeifahrenden Krankenwagens)

Relevanz des Dopplereffekts in der Physik

2. Grundlagen der Wellenausbreitung

Definition von Wellen

Unterschied zwischen longitudinalen und transversalen Wellen

Akustische und elektromagnetische Wellen: Unterschiede und Gemeinsamkeiten

3. Definition des Dopplereffekts

Erklärung des Effekts

Ursachen und Bedingungen, unter denen der Dopplereffekt auftritt

Historischer Hintergrund: Entdeckung und erste Anwendungen

4. Mathematische Beschreibung

Formeln für den Dopplereffekt bei Schallwellen:

Bewegung der Schallquelle

Bewegung des Beobachters

Beidseitige Bewegung (Quelle und Beobachter)

Ableitung der Formel

Beispielrechnungen zur Veranschaulichung

5. Anwendungen des Dopplereffekts

Akustische Anwendungen:

Sirenen, Schallgeschwindigkeit in der Luft

Astronomische Anwendungen:

Rot- und Blauverschiebung

Bestimmung der Geschwindigkeit von Sternen und Galaxien

Medizinische Anwendungen:

Doppler-Ultraschall in der Diagnostik

Blutflussmessung

6. Der Dopplereffekt bei Licht

Vergleich: Akustischer und optischer Dopplereffekt

Der relativistische Dopplereffekt: Einsteins Theorie der speziellen Relativität

Anwendungen in der Astrophysik: Expansionsrate des Universums (Hubble-Effekt)

7. Praktische Demonstration (optional)

Vorschlag eines einfachen Experiments oder einer Simulation

Erklärung und Diskussion der Beobachtungen

8. Fazit

Zusammenfassung der wichtigsten Erkenntnisse

Bedeutung des Dopplereffekts in der modernen Wissenschaft und Technik

Ausblick auf weitere Forschungen und Anwendungen

9. Quellenverzeichnis

Wissenschaftliche Artikel, Lehrbücher, Webseiten und andere Materialien

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Hinweise für die GFS:

Verwende anschauliche Grafiken und Diagramme, um den Effekt verständlich zu machen.

Achte darauf, komplexe Themen wie den relativistischen Dopplereffekt klar und schülergerecht zu erklären.

Experimentelle Demonstrationen (z.B. eine Simulation mit Tonfrequenzen) könnten das Verständnis vertiefen.

Wenn du noch spezifischere Fragen hast oder Details zu einem der Punkte benötigst, helfe ich dir gerne weiter!"

Habt ihr noch Verbesserungsvorschläge, oder Ergänzungen? Wenn ja, welche?

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pH-Werte bei schwachen Basen berechnen?

Hey hoo👋🏾 Ich hoffe ihr habt heute schon "gebrückt". Bei mir ging der Brückentag leider für's Lernen auf die Praktikumsklausur drauf - wobei eine Aufgabe mir jetzt gerade besonders viel Zeit raubt

"Bestimmen SIe die pH-Werte folgender wässriger Lsöungen. Begründen SI eihre Vorgehensweise!".

  • 1,6 molare NH4CL-Lösung. (pKB (NH3) = 4,74)

Lösung: 14 - 4,74 = 9,26

=> pH = 1/2 (9,26 - log (1,6)) = 4,53

  • 0,8 M NH3 (pKB (NH3) = 4,74)

Lösung: pOH = 1/2 (pKB - lg c (OH-)
= 1/2 (4,74 - lg 0,8 mol/L)
= 2,42

=> pH = 14 - 2,42
= 11,58

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Das triggert mich gerade so hart.

Bei der ersten Aufgabe wird einfach als Formel genommen:

pH = 1/2 (pKs - log co) = 1/2 (9,26 - log (1,6)) = 4,53

Also es wird einfach der pKB-Wert von 14 substrahiert, und dann mit dem pKS = 9,26 weitergerechnet.

Bei der zweiten Aufgabe wird direkt mit dem pKB-Wert gerechnet.

pH 1/2 (pKB - lg c(OH-) = 1/2 (4,74 - log (0,8 mol/L) = 2,42
Und das dann von 14 substrahiert.

Aber wir haben es doch bei beiden Aufgaben mit der schwachen Base NH3 zu tun.

Wenn ich die Formel aus der ersten Aufgabe für die zweite annehme, wäre es:

pH = 1/2 (pKs - log co) = 1/2 (9,26 - log (0,8)) = 4,67...
Aber das ist anscheinden falsch.

Hat es damit zu tun, daß bei der ersten Aufgabe an NH3 noch die starke Säure HCl dranklebt und man deswegen die Formel für starke Säuren nehmen muß?

Ich hatte mir jetzt folgende Formel zurechtglegt....

starke Säure: pH = - log c
schwache SÄure: pH = 1/2 (pKS - log co)
schwache Base: pOH = 1/2 (pKB - log co) und dann 14 - poH
starke Base: poH = - log (c) und dann 14 - poH

und für die Konzentrationen:
starke Säure: 10 ^-pH
schwache Säure: 10^(pKS/2pH)
schwache Base 10^(pKB/2poH)
starke Base: 10^-pOH

Aber irgendwie stolper ich immer wieder über so Ausnahmefälle...

in einer anderen Aufgabe soll der PH-Wert von 2 M CH3COOK bestimmt werden (mit PKS Essigsäure = 4,75).
Ich hätte jetzt gedacht, CH3COOK ist eine schwache Base , also pKB = 14 - 4,75 = 9,25. Dann
pOH = 1/2 (pKB - log co) und dann 14 - poH
=> pOH = 1/2 (9,25 - log 2) = 4,48 und dann 14 - 4,48 = 9,52

Aber die Musterlösung rechnet munter mit dem PKS-Wert und substrahiert den von 14, also
pH = 14 - 1/2 (4,75 - log (2 mol/L)
= 11,78


Und das belastet mich...
Wie berechnet man also den PH-Wert bei schwachen Basen? Warum wird für
1,6 M NH4Cl und 0,8 M NH3 und 2 M CH3COOK jeweils unterschiedliche Formeln verwendet und warum gilt meine Formel "schwache Base: pOH = 1/2 (pKB - log co) und dann 14 - poH" hier nicht.

LG und ein schönes verlängertes Restwochenende!
.

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[Physik] Plattenkondensator: Dielektrikum?

Guten Tag,

ich benötige noch ein bisschen Hilfe, um das Thema perfekt zu verstehen. Ich freue mich sehr auf eure hilfreichen und ausführlichen Antworten.

Die Kapazität eines Kondensators würde sich noch weiter erhöhen, wenn man einen anderen Nichtleiter außer Vakuum zwischen den Platten platziert. Den Nichtleiter nennt man Dielektrikum.

Das habe ich verstanden.

(Als Dielektrikum wird eine elektrisch schwach- oder nichtleitende Substanz bezeichnet, in der die vorhandenen Ladungsträger nicht frei beweglich sind. Ein Dielektrikum kann ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein. [Quelle: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Dielektrikum])

Wenn man ihn zwischen den Platten platzieren würde, würden sich die Elektronen im Dielektrikum so verteilen, dass sie zur positiven Kondensatorplatte zeigen und von der negativen Kondensatorplatte weg.

Das verstehe ich leider noch überhaupt nicht. Denn wie soll es denn innerhalb eines Elektrons auch eine positive Ladung geben? Wie kann es sein, dass sich hier die Elektronen zu kleinen Dipolen entwickeln? Ein Elektron hat doch die Elementarladung -e. Dann kann es doch kein Proton geben? Wie kann es überhaupt Protonen in einem elektrischen Leiter geben? Besteht Strom nicht immer nur aus Elektronen?

Das Dielektrikum leitet also nicht, verschiebt aber durch den Einfluss des elektrischen Feldes seine Ladung asymmetrisch. 

Das verstehe ich leider auch noch nicht. Was versteht man denn unter einer symmetrischen Verschiebung von Ladung und was versteht man unter einer asymmetrischen Verschiebung von Ladung?

Die Moleküle werden dann zu Dipolen mit der gleichen Wirkung wie die gegenüberliegende Platte, wodurch noch mehr Ladung auf dem Kondensator gespeichert werden kann.

Ich verstehe leider, wie bereits oben beschrieben, nicht, wie es bei Elektronen überhaupt zu Dipolen kommen kann. Ich kannte Dipole (Ein Dipol-Molekül ist insgesamt ein elektrisch neutrales Molekül, in dem jedoch Elektronen unsymmetrisch verteilt sind [Quelle: https://www.leifichemie.de/aufbau-der-materie/wechselwirkungen/grundwissen/dipol-molekuele#:~:text=Ein%2520Dipol%252DMolek%C3%BCl%2520ist%2520insgesamt,und%2520der%2520andere%2520negativ%2520ist.]) nur von Magneten und von Chemie.

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