Was passiert mit der Energie zweier elektrom. Wellen bei der Auslöschung durch Interferenz?

10 Antworten

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

Ich habe zugegebenermaßen nicht alle Antworten und Kommentare dazu. Aber so wie ich das sehen, ist die Lösung ganz einfach: Zwei Wellen interferieren irgendwo konstruktiv und anderswo destruktiv. Die Wellenamplitude (und damit die Energie) wird im Raum anders verteilt, aber es geht nichts verloren.

Jetzt kommt aber bestimmt einer und entgegnet: Gut&schön, aber wenn ich zwei Wellen gleicher Frequenz habe, die parallel zu­einander verlaufen, dann können die (wenn man die Phasen­differenz geschickt wählt) überall negativ inter­ferieren. Dann gilt die Gleichung „Licht+Licht=Finster“, und wo geht da die Energie hin?

Versuch mal, eine solche Versuchsanordnung zu bauen. Wenn Du den zweiten Strahl auf die Position des ersten bringen willst, dann mußt Du ihn mehr­fach hn- und herreflektieren und schließlich mit einem halb­durchläs­sigen Spiegel einkoppeln. Das bedeutet, daß es immer mehrere „Äste“ im Lichtweg gibt, wo sich die Intensität bzw. Energie verstecken kann.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik

Hi Chillersun!

Wie schon angedeutet, liegen Mathe, speziell Geometrie und Trigonometrie etc. lange zurück. Aber eigentlich ist es doch logisch, dass Berge und Täler sich zwar lokal aufheben, aber nicht verschwinden können.

Und damit es auch mit der Anzahl der Photonen (sinngemäß auch Elektronen etc.) ausgeht, muss man ein ganz wenig Quantenphysik kennen. Eigentlich nur, dass das Quadrat der Wellenfunktion die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Teilchens angibt.

Da, wo die Berge sich addieren, ist die "Konzentration" der Photonen also vier mal so hoch. Das gleicht sich der Nullnummer zu insgesamt 2 aus, wie bei 2 Wellen auch zu erwarten ist.

Denk mal, anhand deiner bisherigen Fragen, dass es im Grunde klar ist. Nachfragen sind selbstverständlich gern gesehen.

Gruß, Zoelomat

Chillersun03 
Fragesteller
 18.09.2014, 11:01

Hey, Zoelo!

Danke, es ist mir noch nicht klar! Bei destruktiver, vollständiger Überlagerung Ist die Wellenfunktion Null? Das Quadrat von Null ist auch null?

Beim Doppelspalt kann man argumentieren: die hälfte löscht sich aus, die andere hälfte der Strahlung addiert sich, in Summe kommt das gleiche raus wie vorher.

Aber bei zwei Wellen, beide in die gleiche Richtung, vollständige destruktive Überlagerung - keine anderen Wellen die sich verstärken, was passiert dann?

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Chillersun03 
Fragesteller
 18.09.2014, 11:04

Oder warte mal, ja ich glaube man bekommt das doch geometrisch nicht hin, ich weiß zwar noch nicht warum, aber ich glaube es erst einmal.

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Chillersun03 
Fragesteller
 18.09.2014, 12:19
@Chillersun03

Oder breiten sich Wellen immer kreisförmig aus? Dann funktioniert es nicht.

Mein Beispiel funktioniert nur bei einer geradlinigen Ausbreitung in eine Richtung, oder in entgegengesetzte Richtungen.

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Ich habe seit meiner bisherigen Antwort ein bißchen gegoogelt, und die Vermutung hat sich bestätigt: Wenn zwei Wellen irgendwo destruktiv inter­ferieren, dann inter­ferieren sie anderswo konstruktiv, und die Energie bleibt erhalten.

Eine hübsche Erklärung gibt es hier: http://physics.stackexchange.com/questions/23930/what-happens-to-the-energy-when-waves-perfectly-cancel-each-other

Anderswo habe ich auch ein simples mathematisches Argument gefunden, wie man das sofort sehen kann.

Gegeben seien zwei Wellenfelder mit Amplituden A₂(x) und A₃(x) (tief­gestellte 1 funktioniert hier nicht); die sind natürlich auch noch zeit­abhängig, aber das schreibe ich nicht hin. Die Wellen werden von irgend­welchen Quellen ausgesandt, kommen aber noch nicht mit­einander in Berührung. Daher ist das Skalarprodukt A₂(x)·A₃(x) an jeder Stelle des Raums Null. Daher ist auch das In­tegral ∫A₂(x)·A₃(x) dx über den ganzen Raum natürlich Null

Später durchdringen die Wellen einander und interferieren. Das Skalar­produkt E₂(x)·E₃(x) ist nun an manchen Orten positiv und an anderen negativ, je nachdem ob die Interferenz positiv oder negativ ist. ∫E₂(x)·E₃(x) dx bleibt aber erhalten, weil die Wellen­gleichung linear ist, ist also immer noch Null.

Die Energie ist ja das Quadrat der Amplitude (mal irgend­einem Faktor). (E₂+E₃)² = E₂² + E₃² + 2E₂E₃. Die Gesamt­­energie kriegen wir wieder durch Integration über den Raum, und das ist einfach ∫E₂(x) dx + ∫E₃(x) dx + 0, also die Energie der getrennten Felder vor der Interferenz.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik
Chillersun03 
Fragesteller
 18.09.2014, 22:11

Die Mathematik ist vollkommen richtig, setzt aber voraus, dass Wellenlänge, bzw. Frequenz beider Wellen nicht gleich sind. Und das ungleiche Wellen sich global nicht überlagern ist ja klar oder?

Ich muss das nochmal sacken lassen, vielen Dank Chinacook :)

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Eine völlige Auslöschung zweier Wellen läßt sich nur mit einer Anordnung darstellen, die kein Photon erzeugt. So einfach ist das ;) (Eventuell interferieren zwei Pfade, auf denen ein Photon erzeugt werden KÖNNTE miteinander und löschen sich aus. Photon entsteht in diesem Fall nicht.)

In jedem anderen Fall passiert, was andere Antwortende schon geschrieben haben - ein Interferenzmuster hat immer Berge und Täler und als Gesamtsumme die vollständige Intensität.

Chillersun03 
Fragesteller
 24.10.2014, 07:12

Danke für deine Antwort, du hast Recht :)

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Das Problem ist deshalb interessant, weil man bei dem Wort Interferenz irgendwie an totale Auslöschung denkt, dabei sind es aber nur bestimmte physikalische Größen, welche an bestimmten Stellen oder bestimmten Zeiten den Wert 0 haben. Bei zwei elektromagnetischen Wellen mit destruktiver Interferenz ist an den entsprechenden Positionen zum Beispiel die Summe der elektrischen Feldstärke 0. Da die magnetische Feldstärke aber grundsätzlich senrekcht auf E steht, ist diese Summe dort nicht 0, und damit ist auch die Energiedichte des elektromagnetischen Feldes an keiner Stelle 0, dies wäre ja auch in der Tat absurd.

Chillersun03 
Fragesteller
 17.09.2014, 22:28

Hey,

Wenn sich die elektrischen Felder zweier Wellen destruktiv überlagern tun das gleichzeitig auch die magnetischen Felder. Wenn sich oben/unten überlagern, überlagert sich auch gleichzeitig die rechts/links Oszillation.

http://de.m.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Welle#/image/Datei:Onde_electromagnetique.svg

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lks72  17.09.2014, 23:10
@Chillersun03

Ich meine die destruktive Interferenz, wenn sich die Wellen in einem bestimmten Winkel treffen. Dann zeigt von Welle 1 der Vektor E zum Beispiel aus der Ebene raus, der Vektor E von Welle 2 in die Ebene hinein. Weil die Ausbreitungsrichtungen von 1 und 2 verschieden sind, sind die Felder H (bzw. B) von beiden Wellen nie parallel bzw. umgekehrt parallel, können sich also nicht auslöschen.

Ich bin mir nicht sicher, was du meinst. Denkst du an eine exakte parallele Wellenfront mit genau entgegengesetzten Vektoren E? Dann wären natürlich auch H bzw. B entgegengesetzt parallel. Hast du dann aber überhaupt noch eine Welle?

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Zoelomat  17.09.2014, 23:13
@Chillersun03

Wäre jetzt auch mein Tipp gewesen. Und dass der Phasenunterschied für elektische und magnetische Komponente gleich ist.

Davon abgesehen, dass die beiden untrennbar sind.

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Chillersun03 
Fragesteller
 18.09.2014, 21:54
@lks72

Ja daran hab ich gedacht, an exakt parallele Wellen. aber meine Vorstellung weißt Lücken auf, das wird mir jetzt erst klar. Man hätte dann keine Welle mehr.

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