Beugung am Spalt und am Draht

Inhalt

1) Einleitung:

2) Versuchsbeschreibung:
Benötigte Komponenten
Erklärung der wichtigen Begriffe :

3) Messprotokoll:
Messfehler / Messtoleranz
Messung der Lichtintensität an der Photodiode von zwei unterschiedlichen Spalten
Messung der Lichtintensität an der Photodiode von zwei unterschiedlichen Drähten

4) Ergebnisse:
Berechnete Werte für eine Spaltbreite von 0,1mm:
Berechnete Werte für eine Spaltbreite von 0,25mm:
Berechnete Werte für die Drahtdi>
Berechnete Werte für die Drahtdicke :

5) Fehlererrechnung:
Absoluter Fehler:
Fehler der Spaltbreite für
0,1mm:
0,25mm:
Fehler der Drahtdicke für den
Draht 1:
Draht 2:

6) Erkenntnis:

1)Einleitung:

Wird der freie Wellengang des Lichts durch Hindernisse gestört, kommt eszu Beugungserscheinungen, die mit der elektromagnetischen Wellentheorienach Huygens beschrieben werden können. Darin heißt es, dass jedesElement einer Wellenfront Ausgangspunkt einer neuen Elementarwelle ist.Deren Überlagerung führt zu einer neuen Wellenfront. Im folgendenVersuch werden Beugungserscheinungen an zwei verschiedenenSpaltenbreiten b und an zwei unterschiedlich dicken Drahtdicken dermittelt.

Die Intensitätsbildung [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] wird durch die Funktion

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

beschrieben, wenn die Bedingung [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] erfüllt ist.

I (0) = Intensitätsmaximum auf der optischen Achse.

Diese Formel gilt auch wenn die Spaltbreite b durch die Dicke d ersetzt wird (BABINET‘schen Prinzip).

Die Intensitätsminima treten nach der Formel unter dem Winkel [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2)Versuchsbeschreibung:

Wir verwendeten einen HeNe-Laser (Helium-Neon-Laser [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] Gaslaser), dessen monochromatisches Licht eine Wellenlänge von l=632,8nm besitzt.Der austretende rote Laserstrahl wird senkrecht auf einen schmalen Spaltmit variabler Breite b bzw. auf einen dünnen Draht mit der Dicke dgerichtet. Die Breite des Spaltes, bzw. die Dicke des Drahtes sollte nichtmehr als 0,25 mm betragen. Das daraufhin auf einen Schirm (Wand)projizierte Bild zeigt eine charakteristische Intensitätsverteilung derLichtstärke. Die auftretenden Intensitäts-Minima und Maxima können mitHilfe einer vor das Bild gebrachten Photodiode bestimmt und in derIntensität gemessen werden. Die Photodiode kann zu diesem Zweck aufeinem beweglichen „Schlitten“ hin und her verschoben werden und manmisst die Beleuchtungsstärke mit einem Mikroamperemeter an derPhotodiode.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Benötigte Komponenten

- ein HeNe-Laser (L) einschließlich Netzteil
- zwei Laserschutzbrillen (die vor Versuchsbeginn auszuleihen sind)
- ein Präzisionsspalt (S) veränderlicher Spaltbreite
- ein Spannrahmen (SP) mit Drähten unterschiedlichen Durchmessers
- eine Photodiode (P) (Typ BPW 34) mit Schlitzblende (Breite 0,3mm); zum Abtasten des Beugungsbildes auf ein em Mikrometerschlitten montier
- ein Mikroamperemeter(A) zum Nachweis des Photostroms
- l = Abstand Spalt/Draht zum Detektor

Erklärung der wichtigen Begriffe :

- Beugung:
- Licht erreicht auch Raumbereiche, die im Rahmen der geometrischenOptik
- abgeschattet sind. Bei starken Änderungen der Amplitude einer Welle
- quer zur Ausbreitungsrichtung, beginnt die Welle sich auch in dieser Richtung auszubreiten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Beugungsordnung:

Das zentrale Maximum nennt man 0. Ordnung.

Die weiteren Maxima werden durchnummeriert:

Interferenz:

- Bei der Überlagerung zweier Wellen ergeben sich ortsfeste Intensitätsvariationen,
- die im Rahmen der geometrischen Optik nicht erklärbar sind

Versuchsbeschreibung:

Kohärent :

- Kohärent nennt man zwei Wellenzüge, wenn sie gleich bleibendenGangunterschied und übereinstimmende Schwingungsrichtungenhaben.

Kohärenzlänge:

- Kohärenzlänge ist die Länge eines einzelnen, gedämpften und endlichen Wellenzuges, der sich längs der Strahlen mitLichtgeschwindigkeit fortpflanzt.

Huygen‘sches Prinzip :

- Ist eine Methode zur Konstruktion der Welle hinter einem Spalt:
- In jedem Punkt des Spaltes wird eine Kugelwelle erzeugt.
- Die Abstrahlung des Raumpunktes geschieht analog zur Abstrahlungvom
- Dipol, da an jedem Raumpunkt die Felder oszillieren.
- Die Phase der Kugelwelle entspricht der Phase der ankommendenWelle
- Die Welle hinter dem Spalt ist die Überlagerung (Interferenz) aller Kugelwellen

Licht

- Ist im Wellenbereich von 390nm bis 780nm sichtbar. Weißes Licht entsteht durch Überlagerung von Licht aller Wellenlängen.

Wellenlänge

- Wellenlänge ist der Bereich einer Welle, der den Abstand aufeinander folgenden Orte mit gleicher Schwingungsphase auf derselbenWellennormale bezeichnet.

Frequenz

- Frequenz ist ein periodischer Vorgang mit der Angabe von Schwingungen pro Sekunde.

Phase

- Phase ist die Größe einer Schwingung, die den Schwingungszustand zu jedem Zeitpunkt an jedem Ort bestimmt.

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