Lichtverhalten?
Guten Abend,
Kann sich die wellenlänge ändern ohne die Änderung der frequenz, so mein prof,es sollte möglich sein, Wenn Licht von Medium 1 Medium in medium 2 eintritt. Jedenfalls meint mein Prof dass der brechungsindex für unterschiedliche frequenzen. Normalerweise weiß ich das beides sich inner zusammenverändert zb wenn man sich ein diagramm auf google anschaut.
Und jetzt willst Du von uns wissen, wie das möglich ist, oder ob das möglich ist?
Ja, wieso sich die wellenlänge ohne die Änderung der frequenz ändern kann?
4 Antworten
Wenn z. B. Licht einer bestimmten Frequenz von einem in ein anderes Medium tritt, ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit, und weil die Wellenlänge von der Frequenz und der Ausbreitungsgeschwindigkeit abhängt, wird die Wellenlänge geringer bei geringerer Ausbreitungsgeschwindigkeit.
Hier ist Vorsicht geboten.
Die Beschreibung des Brechungsindex und die Beschreibung von Licht als Welle ist die Maxwellsche Theorie. Diese kennt keine Photonen und die musst du hier nicht betrachten.
Vergiss einfach mal dass es Photonen gibt und betrachte es rein als Welle dann ist es logisch, dass sich die Wellenlänge ändert wenn sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit ändert.
Das stimmt natürlich, der Welle-Teilchen-Dualismus ist etwas sonderbares. Wenn der Prof das da "zusammenpappt", ist das schon eher weniger korrekt. Verkürzung der Wellenlänge als dichter zusammenrücken von Photonen zu sehen... ;--) Aber so gesehen, wenn Photonen "zusammenstoßen"... geht doch eh gar nicht.
Es macht in dem Fall nicht mal wirklich Sinn von Photonen zu sprechen.
Eigentlich jeder Relevante Effekt in der Optik oder Wellenausbreitung lässt sich wunderbar mit Maxwell erklären und ist auch einfacher.
Unser Professor hat direkt zu Beginn der Vorlesung gesagt: "Ihr wisst es gibt Photonen, aber ich rate auch dazu dieses Wissen in die hinterste Ecken der Gedanken zu verbannen" und im Endeffekt stimmt das. In den meisten Fällen ist man an einzelnen Photonen eigentlich ganz und gar nicht interessiert. Die machen zwar für manche Betrachtungen Sinn wie zB in der Halbleiterphysik aber sobalds in die Optik geht steigt man einfach auf Maxwell um.
Naja, den Dualismus gibt es aber... Siehe nur Thema Photoeffekt. Ich seh's schlicht mittlerweile so, dass wir uns bislang keine Modellvorstellung machen können, was Licht usw. wirklich ist. Wir um-, beschreiben es auf zweierlei Weise, wissen nicht, was das wirklich ist. Ok, brauchen wir auch nicht, solange unsere bisherigen Modelle jeweils funktionieren.
Aber gerade bei diesem Thema habe ich so meine Gedanken, womöglich gibt es Beides gar nicht, sondern "scheint" nur so, weil wir eine unzureichende Vorstellung von Raum und Zeit haben, auch von der Ausdehnung des Raumes usw... Ok, ok, ich höre ja schon auf! ;--)))
Ich stelle es mir so vor wenn die v_c zunimmt hat man eine höhere frequenz. Ich weiß wie du es meinst, genau so ohne frequenzänderung(oder periodendauer), habe ich dies alles durch andere Module in Diagrammen, graphen kennengelernt und stelle es mir graphisch unmöglich vor. Aber die Antwort erstmal bombe.
Klar gibt es den Dualismus, allerdings macht es schlichtweg keinen Sinn das Licht als solches zu betrachten wenn es keinen Vorteil bringt.
Wie gesagt in der Halbleiterphysik macht man es ja, denn ein Elektron welches über die Bandkante wandert emittiert oder absorbiert nunmal ein Photon.
In der Optik hingegen bringt es keinen Vorteil Licht anders zu betrachten als durch die Maxwellgleichungen beschrieben, es verkompliziert die Sache am Ende nur. Zumal die Maxwellgleichungen das Verhalten von Licht und Photonen im zeitlichen Mittel perfekt widergeben.
Stelle dir mal eine Wasserwelle vor. Diese bewegt sich mit einer gewissen Geschwindigkeit.
Jetzt wird die Welle allerdings in ihrer Ausbreitung langsamer. Die Welle wird also quasi gestaucht also nimmt ihre Wellenlänge ab.
Das Medium hat nach den Maxwellgleichungen keinen Einfluss auf die Frequenz des Lichts selbst, was auch logisch ist, Rotes Licht bleibt Rotes Licht egal ob in Glas oder in der Luft. Laut den Maxwellgleichungen gilt aber vph² = 1/(u*e) für TEM Wellen. Die Dielektrizitätskonstante und Permäabilitätskonstante des Mediums hat also einen Einfluss auf die Phasengeschwindgkeit der TEM Welle.
e ist zudem in optischen Medien eine komplexe Zahl und dadurch lässt sich dann zB Dispersion und Lichtbrechung berechnen.
Der Lichtbrechungsindex stellt auch das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im betreffenden Medium gegenüber der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum dar. Wenn die Frequenz gleich bleibt, sich aber aufgrund des Lichtbrechungsindexes die Lichtgeschwindigkeit ändert, muss sich aufgrund der gleichbleibenden Frequenz auch die Wellenlänge ändern, denn so wie die Lichtgeschwindigkeit in einem optisch dichteren Medium verlangsamt, muss bei gleichbleibender Frequenz die Wellenlänge kürzer werden.
Ich stelle mir das allerdings irgendwie problematisch vor, da ich gerade nicht sicher bin, ob die Wellenlänge oder die Frequenz das Energiepotential eines Photons definiert. Wenn die Frequenz dahingehend entscheidend ist und diese gleich bleibt, sehe ich darin weniger ein Problem. Ist aber die Wellenlänge entscheidend, während die Frequenz bei einem Eintritt in ein optisch dichteres Medium konstant bleibt, so würde mit der Verringerung der Wellenlänge die Energie des Photons um denselben Faktor erhöht werden, so als ob sich die Frequenz im Medium mit gleichbleibender Dichte erhöht werden würde. Das Photon müsste dann aus dem optisch dichteren Medium auf vergleichbare Weise Energie abziehen, wie Feuerzeuggas, dass man aus einer Feuerzeuggasdose in ein Gasfeuerzeug umfüllt.
Ja, das ist richtig. Die Wellenlänge des Lichts kann sich ändern, ohne dass sich die Frequenz ändert, wenn Licht von einem Medium in ein anderes Medium mit einem anderen Brechungsindex eintritt. Das liegt daran, dass der Brechungsindex den Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Ausbreitungsgeschwindigkeit bestimmt. In einem Medium mit einem höheren Brechungsindex ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts geringer. Wenn das Licht von einem Medium mit einem niedrigeren Brechungsindex in ein Medium mit einem höheren Brechungsindex eintritt, wird die Wellenlänge des Lichts verkürzt, um die Ausbreitungsgeschwindigkeit zu kompensieren.
Die Frequenz des Lichts hingegen bleibt konstant, da sie von der Energie des Lichts bestimmt wird. Die Energie des Lichts ist proportional zu seiner Frequenz.
Das Diagramm, das Sie auf Google gesehen haben, zeigt die Beziehung zwischen Wellenlänge und Frequenz für Licht im Vakuum. Im Vakuum ist der Brechungsindex für alle Frequenzen gleich, so dass sich die Wellenlänge und die Frequenz des Lichts nicht ändern, wenn es von einem Medium in ein anderes Medium übergeht.
In einem anderen Medium kann der Brechungsindex für unterschiedliche Frequenzen unterschiedlich sein. In diesem Fall kann sich die Wellenlänge des Lichts ändern, ohne dass sich die Frequenz ändert.
Hier ein Beispiel:
Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm und einer Frequenz von 5,45 × 10^14 Hz tritt von Luft in Wasser ein. Der Brechungsindex von Luft ist 1,00029, während der Brechungsindex von Wasser 1,333. Die Wellenlänge des Lichts im Wasser beträgt dann 375 nm. Die Frequenz des Lichts bleibt jedoch unverändert.
Ich hoffe, das hilft!
Nur noch eine Frage. In welchem Zusammenhang gebau steht der brechungsindex für die frequenz und nicht für die wellenlänge?
bzw.
Wie du siehst, muss sich bei konstantem f die Phasengeschwindigkeit v_p ändern, damit sich auch die Wellenlänge ändern kann.
In diesem Fall muss die frequenz aber konstant bleiben oder? Mein Prof meinte man hätte sonst eine Anhäufung an Photonen. Also hier ist die wellenlänge nur abhängig von der ausbreitungsgeschwibdigkeit? Ich kann mir das schwer vorstellen