Big Bang HTL 4, Schulbuch

114 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) Warum hat man erst so spät erkannt, dass Licht eine Welle ist? Vom Schall wusste man das schon wesentlich früher. Das liegt daran, dass die Wellenlänge des Schalls rund eine Million Mal größer ist als die des Lichts und in der Größen- ordnung von Dezimetern und Metern liegt. Die typischen Lichtwelleneigenschaften spielen daher im Alltag keine so offensichtliche Rolle wie die des Schalls. Deshalb kann man um die Ecke hören, aber nicht um die Ecke sehen ( F3 ). Abb. 12.4: Durch die Überlagerung der beiden Kreiswellen kommt es zur Interferenz. Bei einer Lichtwelle würdest du dann am Schirm in diesem Fall mehrere helle Streifen bekommen (Anm.: Das Experiment ist von oben betrachtet, aber der Schirm zur besseren Übersicht gedreht dargestellt). Zusammenfassung Die Wellenlänge von Licht ist extrem klein. Daher spielen Beugungserscheinungen im Alltag keine Rolle. Es dauerte somit sehr lange, bis man die Wellennatur des Lichts er- kannte. Das Ergebnis des Doppelspalt-Experiments kann man sehr gut mit dem Wellenmodell erklären, das sich daher im 19. Jh. auch nach und nach durchsetzte. 12.2 Und dann kam Einstein… Licht als Teilchen E INSTEIN ist auch bei Nicht-Physikern bekannt wie ein bunter Hund. Er wird aber meist nur mit seiner Relativitätstheorie in Verbindung gebracht. Tatsächlich war er aber auch maß- geblich an der Begründung der Quantenmechanik beteiligt. Die Frage nach dem Wesen des Lichts könnte man auch so stellen: Ist Licht kontinuierlich (hat es Welleneigenschaf- ten) oder „körnig“ (hat es Teilcheneigenschaften)? Begin- nend mit Youngs Doppelspaltexperiment setzte sich im 19. Jahrhundert nach und nach wieder die erste Ansicht durch. Als dann auch noch um 1860 J AMES C LERK M AXWELL zei- gen konnte, dass Licht zur Familie der elektromagnetischen Z Wenn du dich nahe an eine helle Glühbirne setzt, dann gibt diese pro Fläche mehr Energie an deine Haut ab als die prallste Sonne. Trotzdem wirst du von ihr keinen Sonnenbrand bekommen! Warum? Fotografie mit Filmen ist heute eine fast ausgestor- bene Technologie. In der Dunkelkammer verwendete man beim Entwickeln rotes Licht. Warum? L F4 F5 Wellen gehört (siehe Kap. 7, NAWI III), schien die Sache end- gültig geritzt zu sein: Licht ist eine Welle! Dann kam aber das Jahr 1905 . In diesem veröffentlichte A LBERT E INSTEIN neben seiner Speziellen Relativitätstheorie auch eine Arbeit, in der er ein gewichtiges Argument für die Teilchentheorie des Lichts lieferte. Er war damit in der Lage, den seltsamen Fotoeffekt erklären zu können. Info: Fotoeffekt Das Irritierende an diesem Effekt ist, dass man die Elektro- nen mit UV-Licht aus der Zinkplatte herauslösen kann, nicht aber mit einer normalen Lampe gleicher oder sogar höherer Intensität. Das kann man mit dem Wellenmodell nicht erklä- ren. Nach diesem käme es nämlich nur auf die Intensität der Lampe an, also auf die Watt, die sie abstrahlt. Die Art des Lichts, also UV oder sichtbar, dürfte keine Rolle spielen. Der Fotoeffekt belegt aber, dass gerade die Lichtart eine Rolle spielt, nicht aber die Intensität der Welle. E INSTEINS Erklärung dafür war revolutionär. Er behauptete, dass Licht aus kleinen Teilchen bestehe, den Lichtquanten oder, wie man sie später nannte, Photonen . Deren Energie sei proportional zu ihrer Frequenz. UV-Licht und daher auch dessen Photonen haben eine größere Frequenz als sicht- bares Licht (siehe Tab. 12.1). Sie schlagen somit „härter“ auf Fotoeffekt Abb. 12.5: Wenn man eine negativ geladene Zinkplatte mit UV-Licht bestrahlt (z.B. von einer Hg-Dampflampe), dann verliert die Platte wieder ihre überschüssigen Ladungen. Das kann man mit einem Elektroskop messen. Der Fotoeffekt wurde bereits 1839 von B ECQUEREL entdeckt und 1887 von H EINRICH H ERTZ , W ILHELM H ALLWACHS und P HILIPP L ENARD genauer untersucht. Worum geht es dabei? Wenn man eine Zinkplatte negativ auflädt (Abb. 12.5 a) und sie dann mit UV-Licht bestrahlt, verliert sie ihre Ladung (b). Wenn man aber vor die UV-Lampe eine Glasplatte gibt, dann bleibt die Zinkplatte negativ geladen (c). Was beson- ders verblüffend ist: Wenn man die Platte mit einer norma- len, sehr starken Lampe bestrahlt (d), kann man sie eben- falls nicht zum Entladen bringen. Hast du eine Erklärung dafür? i Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des L L Verlags öbv