Sexl Physik 7, Schulbuch

41 | Quanten und Atome Links: Aus dem Spektrum eines glühenden Körpers kann man auf seine Temperatur schließen. Mitte: Die Eigenschwingungen von Musikinstrumenten sind eine Analogie zur Aufenthaltswahr- scheinlichkeit der Elektronen im Atom. Rechts: Ohne Laser ist moderne Unterhaltungselektronik kaum vorstellbar. Im Kapitel Optik haben wir die gegensätzlichen Vorstellungen von n ewton und h uyGenS über die Natur des Lichts kennengelernt. Eine Entscheidung zwischen der Teilchentheorie n ewtons und der Wellentheorie von Huygens war im 17. Jh. nicht möglich. Erst 1804 konnte der englische Wissenschafter t hoMaS y ounG (1773–1829) die Interferenz von Licht und damit die Welleneigenschaften des Lichts experimentell nachweisen. Der schottische Physiker J aMeS c lerk M axwell (1831–1879) erkannte um 1860, dass Licht aus elektromagnetischen Wellen be- steht: Bewegte elektrische Ladungen verursachen elektrische und magnetische Kraftwirkungen, die sich als Welle mit Lichtgeschwindigkeit im Raum ausbrei- ten. Solche Wellen können andere elektrische Ladungen in Schwingung versetzen und dadurch nachgewiesen werden (s. S. 102 ff.). Als dies h einrich h ertz tatsäch- lich gelang, sagte er: „Die Wellentheorie des Lichts ist, menschlich gesprochen, Gewissheit.“ Die weitere Entwicklung zeigte, dass das Kapitel Licht jedoch keineswegs abge- schlossen war. Sie führte zu Beginn des 20. Jh. zu den beiden großen physikali- schen Revolutionen, der Relativitätstheorie und der Quantenmechanik . Im Folgenden werden zwei Themen behandelt: Die Energie des Lichts und was uns Licht über den Aufbau von Atomen sagt. Aus dem Alltag wissen wir, dass Licht Energie transportiert: − Sonnenlicht wärmt: Ein Teil des Lichts, das auf einen Körper fällt, wird nicht reflektiert, sondern wird absorbiert und erwärmt den Körper. − Sonnenlicht kann direkt in chemische Energie umgewandelt werden. Dies ge- schieht in den Pflanzen bei der Photosynthese. − Sonnenlicht kann direkt in elektrische Energie umgewandelt werden. Darauf beruht z. B. die Solarzelle. Umgekehrt wird zur Erzeugung von Licht Energie gebraucht: Chemische Energie wird bei der Verbrennung teilweise zu Lichtenergie, elektrische Energie wird in Blitzen, Glühlampen, Leuchtdioden, etc. in Lichtenergie (und thermische Ener- gie) umgewandelt. Die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie war um 1900 noch ungeklärt. Der innere Aufbau der Atome war noch unerforscht, was nicht verwunderlich ist: Das Elektron wurde erst 1897 entdeckt. Die Untersuchung der Spektren von glühenden Körpern führte im Jahr 1900 auf das Planck’sche Strahlungsgesetz (s. Physik 8). Das Planck’sche Wirkungsquan- tum h = 6,63·10 –34 J·s tritt dabei als neue Naturkonstante auf. Ihre universelle Bedeutung für die Energie von Licht sollte sich bald zeigen: Licht verhält sich wie ein Strom von Energiepaketen , den Lichtquanten oder Photonen. Die Spektren von Gasen stellten die Physiker vor weitere Rätsel: Wie lassen sich die beobachteten Spektrallinien verstehen, was verraten sie über den Atomauf- bau? Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv