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Allgemeines:

Lichtgeschwindigkeit ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht im Vakuum. Lichtgeschwindigkeit ist eine sogenannte Naturkonstante d.h. die Physik geht davon aus, dass sich die Geschwindigkeit von Licht im Vakuum nicht verändert. Licht wird immer mit Lichtgeschwindigkeit abgestrahlt

·  Neben dem Licht breiten sich auch alle anderen elektromagnetischen Wellen (Gravitationswellen) mit dieser Geschwindigkeit aus

·  In einem materiellen Medium ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes meist kleiner

·  Die Lichtgeschwindigkeit hängt nicht von der Geschwindigkeit der Lichtquelle ab

·  Das Relativitätsprinzip bedeutet, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht vom Bewegungszustand des zu ihrer Messung verwendeten Empfängers abhängt

·  Albert Einstein entwickelte daraus die Relativitätstheorie

·  Licht im Vakuum legt 299.792.458 Meter pro Sekunde zurück

·  Licht legt mehr als eine Milliarde Kilometer pro Stunde zurück

Beispiele:

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Allgemeines

Um die Beugungsphänomene zu erklären, muss das Licht als Welle betrachtet werden. Es gibt jedoch auch Effekte, zum Beispiel den Fotoeffekt, die sich nur erklären lassen, wenn das Licht aus Teilchen besteht.

Licht ist tatsächlich beides. Diese Eigenschaft nennt man "Welle - Teilchen - Dualismus". Das heißt, Licht ist sowohl ein Teilchen, als auch eine Welle. Je nachdem, welche Eigenschaft man misst, zeigt es sich mehr als Teilchen oder mehr als Welle.

Die Unschärferelation von Werner Heisenberg besagt, dass bestimmte Paare von Eigenschaften nicht gleichzeitig gemessen werden können. Je genauer man das eine misst, desto ungenauer wird die Messung des anderen.

Diese Unbestimmtheit hängt auch mit dem Welle - Teilchen - Dualismus zusammen. Je genauer man den Ort eines Photons* kennt, desto weniger kennt man seine Wellenlänge.  Das gilt umgekehrt genau so. Bestimmt man den Ort des Photons, zeigt es sich als Teilchen. Misst man aber den Impuls genauer und lässt den Ort unbestimmt, sind die Welleneigenschaften des Photons erkennbar.

*Photon = das Wechselwirkungsteilchen der elektromagnetischen  Wechselwirkung. Das heißt, dass das Photon aus elektromagnetischer Stahlung besteht. Daher wird auch die Bezeichnung "Lichtteilchen" verwendet.

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Das Doppelspaltexperiment wurde erstmals 1802 von Thomas Young durchgeführt.

Das Experiment

Werden Tennisbälle durch eine Wand mit einem Spalt geschossen, sehen wir auf einer Klettwand dahinter einen Streifen aus den hafteten Bällen. Wir ein zweiter Spalt auf der Wand hinzugefügt sieht man auf der Klettwand logischerweise zwei Streifen. So verhalten sich Teilchen.

Bei Wellen sieht das aber anders aus. Hinter den beiden Spalten entsteht jeweils eine neue Welle. Diese beiden Wellen beeinflussen sich gegenseitig. Deshalb entsteht auf der Projektionswand das sogenannte Interferenzmuster. Dort wo zwei Wellenberge aufeinander treffen gibt es die höchste Intensität und dort wo zwei Wellentäler aufeinander treffen löschen sie sich aus.

Es gibt also zwei Verhaltensweisen: Teilchen und Wellen

In der Schule lernen wir, dass Elektronen Teilchen sind. Deshalb müsste ihr Verhalten ja einfach zu beschreiben sein.

Schießt man Elektronen durch einen  Spalt erhalten wir etwas auf der Projektionswand, dass den Tennisbällen von vorhin ähnlich ist: Einen Streifen. Wie erwartet verhalten sich die Elektronen wie Teilchen.

Schießt man jedoch Elektronen durch einen Doppelspalt erhalten wir ein Interferenzmuster. Das ergibt nun wenig Sinn. Man könnte nun denken, dass die Elektronen irgendwie aufeinander prallen, um so ein Muster zu erzeugen.

Deswegen wird das Experiment langsamer durchgeführt. Die Elektronen werden nacheinander einzeln durch den Doppelspalt geschossen. Doch wieder entsteht ein Interferenzmuster. Warum verhalten sich die Elektronen nun wie Wellen? Durch welchen Spalt bewegt sich das Elektron überhaupt? Oder fliegt ein Elektron durch beide Spalten und kann sich so wie eine Welle selbst beeinflussen?

Um das herauszufinden wird ein Detektor an einem der Spalten  befestigt. Jedes Mal wenn sich ein Elektron durch den Spalt bewegt piepst der Detektor. Doch sobald man die Elektronen beobachtet, scheint es so, als würden sie sich nun entschieden haben, sich wie Teilchen zu verhalten. Denn nun entsteht kein Interferenzmuster mehr, sondern zwei Spalten.

Wenn man das Experiment wiederholt, während der Detektor ausgeschalten ist und die Elektronen nicht mehr beobachtet entsteht auf der Projektionswand wieder ein Interferenzmuster.

Die Elektronen verhalten sich also bei Beobachtung wie Teilchen und bei Nicht-Beobachtung wie Wellen.

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Allgemeines

Ist die Gesamtheit aller elektromagnetischer Wellen

Ist eine Skala, welche die Strahlungsleistung der elektromagnetischen Wellen in Abhängigkeit von der Frequenz beschreibt

Wird in unterschiedlichen Bereichen unterteilt

Einteilung orientiert sich an Wellenlänge

Teilbereiche des Spektrums werden als eigene Strahlenarten definiert (Radio-, Mikro-, UK-, Röntgen-, Lichtwellen usw.)

Lichtspektrum/Farbspektrum ist der einzige, für den Menschen sichtbare Teil des Spektrums

Am Anfang des Spektrums ist die kurzwellige, energiereiche Gammastrahlung und am Ende der langwellige Wechselstrohm und die Tonfrequenz

Einheiten

Wellenlänge: Nanometer (nm)

Frequenz: Hertz (Hz)

Formel

λ ... Wellenlänge
f ... Frequennz
C ... Lichtgeschwindigkeit
A ... Amplitude

C=λ*f

Elektromagnetisches Spektrum

Gammastrahlung

Röntgenstrahlung

UV-Strahlung

sichtbares Licht

Infrarot-Strahlung

Mikro- und Radiowellen

UKW (ultra kurz Welle)

KW (kurz Welle)

MW (mittel Welle)

LW (lang Welle)

Tonfrequenz, Wechselstrom

Vorkommen von elektromagnetischen Wellen

Funk

Mikrowellen

Wlan

Bluetooth

Röntgen

Sonnenstürme

Radio

TV

Magnetresonanz

Handy

Gammastrahlung

Wärmestrahlung

UV

kosmische Höhenstrahlung

uvm.

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Allgemeines

Licht ist ein kleiner, sichtbarer Bereich des elektromagnetischen Spektrums (400-700 Nanometer)

Licht ist Energie in Form von Strahlung

Von einer Quelle aus wird das Licht ausgesendet (z.B. Sonne, Kerze, Glühbirnen, usw.)

Wärme und Licht hängen zusammen

Licht wird in Lichtgeschwindigkeit gemessen

Licht kann man nicht angreifen

Licht ist nicht spürbar

Licht kann man nicht riechen

Lange war weitgehend unklar, was Licht tatsächlich ist

Licht breitet sich in Form von Wellen aus (laut Doppelspaltexperiment)

Licht kann auch aus winzigen Teilchen (Photonen) bestehen (Welle-Teilchen-Dualismus)

Geschichte des Lichts

Galileo Galilei:  Einer der Ersten, der die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts veruschte zu messen (ohne Erfolg).

Ole Römer: Gelang es als Erster, Lichtgeschwindigkeit anhand von  Beobachtungsdaten der Jupitermonde zu messen (1676/78).

Römers Leistung: Der Nachweis, dass sich Licht mit endlicher Geschwindigkeit ausbreitet

Newton (17.Jhd.): "Licht besteht aus Teilchen" (Korpuskulartheorie). Erklärt die Ausbreitung des Lichts durch die Bewegung von kleinen Teilchen aber andere optische Phänomene nicht.

Huygens (17. Jhd./19. Jhd. durchgesetzt): "Licht besteht aus Wellen" (Ondulationstheorie)

Michael Faraday (1846) : Bringt als Erster den Nachweis, dass Licht und Magnetismus zwei miteinander verbundene physikalische Phänomene sind.

James Clerk Maxwell (1864):  Formulierte die Grundgleichung der Elektrodynamik. Er erkannte, dass dadurch die Existenz freier elektromagnetischer Wellen vorhergesagt wurde. Schlussfolgerung: Licht ist eine elektromagnetische Welle.

Albert Einstein  und Max Planck:  Kernpunkt ihrer Hypothese ist der Wellen-Teilchen - Dualismus, der das Licht nun nicht mehr ausschließlich als Welle oder ausschließlich als Teilchen beschreibt, sondern als Quantenobjekt. Daraus entstand Anfang des 20. Jahrhunderts die Quantenphysik und später die Quantendynamik, die bis heute unser Verständnis von der Natur des Lichts darstellt.

Licht und Farben

Licht und Farben sind untrennbar miteinander verbunden

Ohne Licht könnten wir Farben nicht wahrnehmen

Für das menschliche Auge sichtbare Licht besteht demnach aus verschiedenen Farbanteilen, diese Farbanteile nennt man Spektralfarben

Licht hat unterschiedlich lange Wellenlängen

Licht ist weiß, solange es nicht durch einen Prisma fällt

Wird Licht durch ein Prisma geschickt, wird es in verschiedenfarbiges Licht aufgespalten (Regenbogenfarben)

Blaues/Ultraviolettes Licht ist kurzwellig

Rotes/Infrarotes Licht ist langwellig