Sieh Dir die Seite "Interferenzphänomene" im Wikibook Physik Oberstufe an:
de.wikibooks.org/.../_Interferenzphänomene

Dort sind (u. a.) das Huygenssche Prinzip und die Entstehung von Kreis- bzw. Zylinder bzw. Kugelwellen schön erklärt. Man findet dort auch eine noch schönere Darstellung des Phänomens der Beugung am Einfachspalt als die folgende Darstellung:

Lade Dir die PDF-Datei herunter und sieh sie Dir genau an!

1. Beugung und Interferenz von Licht am Einfachspalt

Wenn man einen Laserstrahl auf einen schmalen Spalt auftreffen lässt, entsteht auf einem Schirm (d. h. auf der Wand in einiger Entfernung) ein Beugungsbild des Spaltes. Anstelle des punktförmigen "Laser-Points" sieht man eine Beugungsfigur von größerer Breite.

Für Interessierte: Warum bei der Beugung von Licht am Einfachspalt unter bestimmten Winkeln Minima auftreten (d. h. warum es zur Auslöschung durch Interferenz kommt, obwohl ja nur ein Spalt vohanden ist), wird im Wikibook Physik Oberstufe schön erklärt:
de.wikibooks.org/.../_Interferenzphänomene#Der_Einzelspalt.
Für den Winkel ${\alpha }_{\mathrm{Min,k}}$ des Minimums k-ter Ordnung bei einem Spalt der Breite $B$ gilt:

ACHTUNG: Der Gangunterschied $B·sin({\alpha }_{\mathrm{Min,k}})$ für die Minima beim Einfachspalt ist ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge $\lambda$, so wie der Gangunterschied $b·sin({\alpha }_{\mathrm{Max,k}})$ für die Maxima beim Doppelspalt.

2. Interferenz von Licht am Doppelspalt

Das Phänomen ist wahrscheinlich aus Jgst. 10 noch in Erinnerung.

Neu ist vermutlich die Erklärung dafür, dass Maxima mancher Ordnungen gar nicht auftreten (→ PDF-Datei): Bei bestimmten Winkeln liegt bei jedem einzelnen der beiden Spalte ein Minimum vor (s. oben). Die beiden von den beiden Spalten ausgehenden Elementarwellen können sich deshalb bei diesen Winkeln nicht zu einem Maximum überlagern.

3. Bestimmung der Wellenlänge des roten Laser-Lichtes

→ PDF-Datei und Versuch mit Auswertung im Unterricht

4. "Kleinwinkel-Näherung"

→ PDF-Datei

Für kleine Winkel $\alpha$ im Gradmaß gilt:

bzw. nur für kleine Winkel $x$ im Bogenmaß gilt auch:

Vom Mehrfach-Spalt zum optischen Gitter

Wie sich das Interferenz-Bild auf dem Schirm verändert, wenn man nicht nur 2, sondern 3 oder 4 oder noch mehr Spalte beleuchtet, werden wir uns bei entsprechenden Versuchen im Unterricht ansehen.
Eine größere Anzahl gleich weit voneinander entfernter Spalte ist ein optisches Gitter. Der Abstand zweier benachbarter Spalte wird als Gitterkonstante $b$ bezeichnet.

Ergebnis der Versuche:

Eine sehr schöne Simulation und eine gut verständliche Animation, wie sich das Interferenz-Bild bei wachsender Spalt-Anzahl verändert, findet sich bei LEIFIphysik:
Vielfachspalt und Gitter (LEIFIphysik).
Unbedingt ansehen!

Wellenlängen-Bestimmung mit optischem Gitter

Mit einem optischen Gitter guter Qualität (d. h. kleiner und gleichmäßiger Abstand benachbarter Spalte) lässt sich die Wellenlänge $\lambda$ von Licht sehr genau bestimmen.

Für den Winkel ${\alpha }_{\mathrm{k}}$, unter dem das (scharfe) Maximum k-ter Ordnung erscheint, gilt (wie beim Doppelspalt):

Der Winkel ${\alpha }_{\mathrm{k}}$ lässt sich sehr genau durch die Messung zweier Streckenlängen ermitteln:
$d_{\mathrm{k}}$: Abstand des Max. k-ter Ord. vom Max. 0. Ord. auf dem Schirm
$L$: Abstand "optisches Gitter - Schirm"

Es gilt (siehe auch: entsprechende Abbildung in der PDF-Datei "Beugung und Interferenz von Licht"):

Zusammen ergibt sich:

Elektromagnetisches Spektrum

Aus den vorherigen Jahrgangsstufen dürfte Dir bekannt sein:

An das Spektrum des sichtbaren Lichts (Wellenlänge $\lambda$ von 390 nm bis 780 nm) schließen sich für unser Auge nicht sichtbare Bereiche elektromagnetischer Strahlung an:

• an der langwelligen Grenze (d. h. bei "Rot"):
  Infrarot-Strahlung (IR) mit $\lambda >\mathrm{780\; nm}$
• an der kurzwelligen Grenze (d. h. bei "Violett"):
  Ultraviolett-Strahlung (UV) mit $\lambda <\mathrm{390\; nm}$

Elektromagnetische Wellen mit noch größeren Wellenlängen als bei der IR-Strahlung werden als Mikrowellen und Radiowellen bezeichnet. Im kurzwelligen Bereich schließen sich an die UV-Strahlung die Röntgenstrahlung und die Gammastrahlung an.

Eine schöne Übersicht über das Spektrum elektromagnetischer Strahlung gibt es auf Wikipedia:
Elektromagnetisches Spektrum (Wikipedia)

Aber auch die Darstellung in unserem Schulbuch auf den Seiten 176 und 177 enthält interessante Informationen.

Empfehlung: Einfach mal beides mit (bzw. bei) Interesse ansehen!

Funktionsprizip des Rundfunks

Als Beispiel für eine wichtige Anwendung el.-magn. Wellen betrachten wir das Prinzip der Informationsübertragung durch Rundfunk (hier: Amplitudenmodulation "AM"; heute wichtiger: Frequenzmodulation "FM").
Lade Dir die PDF-Datei herunter und sieh sie Dir an!
Lies Dir auch im Buch die Seiten 179 und 180 durch.

In den letzten Jahren gab es häufig in der Physik-Abiturprüfung Aufgaben zur Interferenz von Licht.

Alle, die Physik in Q12 belegen möchten, aber vor allem alle, die Physik als Abiturfach wählen möchten, sollen sich bitte mit den folgenden Abituraufgaben beschäftigen:

• Physik-Abitur 2015: 11-1 Aufgabe 3
• Physik-Abitur 2016: 11-1 Aufgabe 2

Dies Aufgaben waren eigentlich recht gut zu bearbeiten.

1. Arbeitsblatt "Wellencharakter der Dipolstrahlung"
(Seite 1 der PDF-Datei)

• Elektrische Feldstärke $\stackrel{\rightharpoonup }{E}$, magnetische Flussdichte $\stackrel{\rightharpoonup }{B}$ und Ausbreitungsrichtung $\stackrel{\rightharpoonup }{v}$:
  Die beiden Momentbilder längs eines Wellenstrahls (links auf Seite 1 der PDF-Datei) zeigen:
  $\begin{array}{c} \stackrel{\rightharpoonup }{E}\perp \stackrel{\rightharpoonup }{v} \\ \stackrel{\rightharpoonup }{B}\perp \stackrel{\rightharpoonup }{v} \end{array}\}$    und    $\stackrel{\rightharpoonup }{E}\perp \stackrel{\rightharpoonup }{B}$
• Empfang elektromagnetischer Wellen
  (→ links unten und rechts oben auf Seite 1 der PDF-Datei)
• Ausbildung einer stehenden Welle
  bei senkrechtem Auftreffen der Dipolstrahlung auf eine reflektierende Wand (z. B. auf eine Metallplatte)

2. Bestimmung der Wellenlänge mit Hilfe der stehenden Welle
(Seite 2 der PDF-Datei)

Wir untersuchen die von einem schwingenden Dipol ausgehende Strahlung genauer. Dazu verwenden wir einen sog. Mikrowellen-Sender. Die vom Sender ausgehende Strahlung trifft senkrecht auf die Metallplatte und wird reflektiert. Im Bereich zwischen Sender und Metallplatte bildet sich eine stehende Welle aus.
Die vom Sender ausgehende (nach rechts laufende) Welle überlagert sich mit der von der Metallplatte reflektierten (nach links laufenden) Welle.
Mit einem Empfangsdipol lassen sich zwischen Sender und Metallplatte Wellenknoten und Wellenbäuche feststellen. Der Abstand zweier benachbarter Wellenknoten entspricht einer halben Wellenlänge:   $d=\frac{1}{2}\lambda$ .
Durch die Messung dieses Abstandes $d$ (aus Gründen besserer Genauigkeit: Messung von $10·d$) lässt sich die Wellenlänge $\lambda$ der vom Mikrowellen-Sender ausgehenden Strahlung bestimmen.

3. Weitere Eigenschaften von (el.-magn.) Wellen
(Seite 3 der PDF-Datei)

• Reflexion (nach dem Reflexionsgesetz, z. B. an einer Metallplatte)
• Brechung (nach dem Brechungsgesetz)
• Beugung (demnächst)
• Interferenz (demnächst)
• Polarisation (→ Versuche)

Siehe auch (zu allem): Buch S. 162-163!

Wir rufen uns das in Jgst. 10 (hoffentlich) kennengelernte Phänomen der Beugung von Wellen in Erinnerung:

Eine Welle breitet sich beim Auftreffen auf eine Hindernis auch in den Schattenraum hinter dem Hindernis aus.

Experimentell erfahren wir dieses Phänomen beim Auftreffen der Dipolstrahlung des Mikrowellensenders auf einen Spalt: Auch an Stellen hinter dem Spalt, zu denen es vom Sender keine direkte Verbindung gibt, lässt sich mit dem Empfangsdipol Strahlung nachweisen: Die Mikrowellen-Strahlung wird also am Spalt gebeugt (in den Schattenraum hinein).

Huygenssches Prizip

Jeder Punkt einer Wellenfront ist Ausgangspunkt (Zentrum) einer kreis- (2D) oder kugel- (3D) förmigen Elementarwelle. Die Elementarwellen überlagern sich. Ihre „Einhüllende“ bildet die neue Wellenfront.

Siehe auch: Buch S. 164-165

Interferenz von Wellen

Diese Inhalte sind besonders wichtig!

• Interferenz am Doppelspalt
• Gangunterschied Δs (Definition)
• Bedingungen für Maxima bzw. Minima
• Gangunterschied in großer Entfernung
• Bestimmung der Wellenlänge der Strahlung des Mikrowellensenders mit Hilfe des Doppelspalt-Versuchs
• Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen

In den letzten Jahren gab es häufig in der Physik-Abiturprüfung Aufgaben zur Dipolstrahlung und insbesondere zur Interferenz von Dipolstrahlung.

Alle, die Physik in Q12 belegen möchten, aber vor allem alle, die Physik als Abiturfach wählen möchten, sollen sich bitte mit den folgenden Abituraufgaben beschäftigen:

• Physik-Abitur 2019: 11-2 Aufgabe 1
• Physik-Abitur 2013: 11-2 Aufgabe 3

Das waren im Großen und Ganzen eher dankbare Aufgaben(-teile).

Die Versuche zur Abstrahlung eines Sendedipols, wodurch ein Lämpchen in der Mitte eines dazu parallel stehenden Empfangsdipols (gleicher Länge) auch über eine größere Entferung zum Leuchten gebracht werden kann, zeigen uns, dass der Sendedipol Strahlung aussendet, die weit in den Raum hineinreicht. Der Grund dafür ist (vereinfacht):

Mit einem Empfangsdipol, in dem mehrere Lämpchen eingebaut sind, untersuchen wir den Verlauf der el. Stromstärke längs eines zum Schwingen angeregten Dipols. Mit einer Glimmlampe fahren wir entlang eines zum Schwingen angeregten Dipols und untersuchen damit den Verlauf der el. Spannung längs des Dipols.

In zeitlichen Abständen von T/4 veranschaulichen wir uns auch die jeweils vorhandenen elektrischen und magnetischen Felder in der unmittelbaren Umgebung des Dipols während einer vollen Schwingungsdauer T.

Dieser Inhalt ist besonders wichtig!

Der Verlauf der Stromstärke längs des schwingenden Dipols (aber auch der Verlauf der Spannung) lässt uns die Dipolschwingung als stehende Welle deuten. Daraus ergibt sich der folgende Zusammenhang zwischen der Länge $l$ des Dipols und der Wellenlänge $\lambda$ der stehenden Welle:

Mit dem Zusammenhang, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit $c$ jeder Welle gleich dem Produkt aus ihrer Wellenlänge $\lambda$ und ihrer Frequenz $f$ ist,

ergibt sich für die Frequenz $f$ der Grundschwingung eines Dipols:

Dieser Inhalt ist auch besonders wichtig!

Mit diesen Zusammenhängen lässt sich bestimmen, mit welcher Frequenz $f$ ein Dipol mit einer bestimmten Länge $l$ optimal zum Schwingen angeregt werden kann bzw. welche Länge $l$ ein Dipol haben muss, damit er mit einer bestimmten Anregungsfrequenz $f$ optimal abstrahlen kann.
(→ PDF-Datei Seite 1 unten und Seite 2 oben)

Buch S. 184/17 "Sende- und Empfangsdipol"

Versuche bitte, diese Aufgabe zunächst selbst zu bearbeiten! Sieh Dir dann erst die Lösung auf S. 2 der PDF-Datei an.

Wiederholung aus Jgst. 10: Entstehung einer stehenden Welle

Unten auf Seite 2 der PDF-Datei sowie auf Seite 3 wird verständlich, wie eine stehende Welle entsteht als Überlagerung zweier gleichfrequenter, gegeneinander laufender Wellen.

Insbesondere entstehen bei der Ausbildung einer stehenden Welle:

• Wellenknoten:
  Stellen, an denen die Amplitude zu jedem Zeitpunkt 0 ist, sowie
• Wellenbäuche:
  Stellen, an denen die Amplitude der Schwingung maximal ist.

1. Arbeitsblatt "Wellencharakter der Dipolstrahlung"
(Seite 1 der PDF-Datei)

• Elektrische Feldstärke $\stackrel{\rightharpoonup }{E}$, magnetische Flussdichte $\stackrel{\rightharpoonup }{B}$ und Ausbreitungsrichtung $\stackrel{\rightharpoonup }{v}$:
  Die beiden Momentbilder längs eines Wellenstrahls (links auf Seite 1 der PDF-Datei) zeigen:
  $\begin{array}{c} \stackrel{\rightharpoonup }{E}\perp \stackrel{\rightharpoonup }{v} \\ \stackrel{\rightharpoonup }{B}\perp \stackrel{\rightharpoonup }{v} \end{array}\}$    und    $\stackrel{\rightharpoonup }{E}\perp \stackrel{\rightharpoonup }{B}$
• Empfang elektromagnetischer Wellen
  (→ links unten und rechts oben auf Seite 1 der PDF-Datei)
• Ausbildung einer stehenden Welle
  bei senkrechtem Auftreffen der Dipolstrahlung auf eine reflektierende Wand (z. B. auf eine Metallplatte)

2. Bestimmung der Wellenlänge mit Hilfe der stehenden Welle
(Seite 2 der PDF-Datei)

Wir untersuchen die von einem schwingenden Dipol ausgehende Strahlung genauer. Dazu verwenden wir einen sog. Mikrowellen-Sender. Die vom Sender ausgehende Strahlung trifft senkrecht auf die Metallplatte und wird reflektiert. Im Bereich zwischen Sender und Metallplatte bildet sich eine stehende Welle aus.
Die vom Sender ausgehende (nach rechts laufende) Welle überlagert sich mit der von der Metallplatte reflektierten (nach links laufenden) Welle.
Mit einem Empfangsdipol lassen sich zwischen Sender und Metallplatte Wellenknoten und Wellenbäuche feststellen. Der Abstand zweier benachbarter Wellenknoten entspricht einer halben Wellenlänge:   $d=\frac{1}{2}\lambda$ .
Durch die Messung dieses Abstandes $d$ (aus Gründen besserer Genauigkeit: Messung von $10·d$) lässt sich die Wellenlänge $\lambda$ der vom Mikrowellen-Sender ausgehenden Strahlung bestimmen.

3. Weitere Eigenschaften von (el.-magn.) Wellen
(Seite 3 der PDF-Datei)

• Reflexion (nach dem Reflexionsgesetz, z. B. an einer Metallplatte)
• Brechung (nach dem Brechungsgesetz)
• Beugung (demnächst)
• Interferenz (demnächst)
• Polarisation (→ Versuche)

Siehe auch (zu allem): Buch S. 162-163!