Weiterführende Fragen Quantenphysik (Niveau 12.Klasse)?
Hi, folgende Fragen sind mir nach der Beschäftigung im Unterricht mit dem Thema übrig geblieben:
- Doppelspalt von farbigem Licht:
Wieso hat in dieser Abbildung Rot breitere Streifen als Blau und sind auch die schwarzen Zwischenräume breiter? Und wieso verschwimmt die Farbe in dieser Abbildung, müssten die Streifen nicht irgendwann im Nichts verschwimmen?
Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=ZdO4ERBrgnw&list=PLaEDf2eoJyB38eyvBG66cZy5EjmFZzVFF&index=2
2.Größe von 2s-Orbital: In dieser Abbildung wird gezeigt, dass durch die höhere Energie mehr Platz ist und das 2s-Orbital damit größer ist. Aber wie kommt man davon "Die Wahrscheinlichkeitswelle hat mehr Platz" zu der Aussage "Das 2s-Orbital ist deutlich größer"? Außerdem habe ich nicht verstanden, wieso die Elektronenenergie in der Abb. negativ ist.
Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=0bPD2riyakA&list=PLaEDf2eoJyB38eyvBG66cZy5EjmFZzVFF&index=10
3.In dem dazugehörigen Video sagt der Sprecher, dass die ungeordneten Magnete sich in Summe aufheben, da sie ungeordnet ist, und der Stab damit unmagnetisch ist. Aber wie kann er sicher sein, könnte der Stab nicht trotzdem noch leicht magnetisch sein?
Abb.:
Video/Quelle von Abb.: https://www.youtube.com/watch?v=L02fLLYZ0t0&list=PLaEDf2eoJyB38eyvBG66cZy5EjmFZzVFF&index=9
4. Wenn ich sage, die Einheit vom Planckschen Wirkungsquantum sei Js, was sagt dieses Js aus? Wie kommt es zu dieser Einheit?
5.Wieso ergibt sich eine immer kleinere Ortsunschärfe, wenn ich immer mehr Wellen überlagere? Ergibt das geometrisch Sinn?
Abbildung:
Quelle: https://www.youtube.com/watch?v=deEyG4Nm9MA&list=PLaEDf2eoJyB38eyvBG66cZy5EjmFZzVFF&index=6
4 Antworten
1. Blaues Licht hat eine kürzere Wellenlänge als rotes. Ergo gibt es auf derselben Fläche des Beugungsmusters mehr Streifen mit konstruktiver und destruktiver Interferenz, die dann auch enger beisammen sind.
2. Das 2s Orbital ist größer, weil die Funktion der Wahrscheinlichkeitsdichte auch eine Ortsabhängigkeit hat. Anders ausgedrückt, die Welle, die du in der Abbildung siehst, ist breiter. Und die x-Achse ist im dem Fall der Abstand vom Kern. Ergo deckt die Welle einen größeren Bereich der Achse ab.
Die Energie ist negativ, weil sich eine bindende Wechselwirkung ergibt, wenn sich ein Elektron in diesem Potential befindet. Energiefreisetzung wird in Diagrammen immer mit negativer Energie dargestellt.
3. Könnte er, aber Magnetismus kann man auch messen. Und für gewöhnlich ist das so wenig, dass man es vernachlässigen kann. Die Anordnung der Teilchen ist statistisch und damit mitteln sich die magnetischen Momente raus.
4. Das Placksche Wirkungsquantum gibt das Verhältnis von Energie zu Frequenz eines Photons wieder. Da Energie in Joule und Frequenz in 1/Sekunde angegeben wird, ergibt sich als Einheit für h eben Joule mal Sekunde. Es hat damit die Einheit einer Wirkung. Diese beschreibt wie sich ein physikalisches System mit der Zeit verändert.
5. Wenn du mehr Wellen (mit unterschiedlichen Wellenlängen) überlagerst, erzeugst du Stellen mit immer mehr konstruktiver bzw destruktiver Interferenz. Diese werden dadurch immer schmaler (also definierter im Ort, sieht man gut in der Abbildung) bzw. der Lichtpuls wird kürzer. So konstruiert man z.b. Femtosekunden-Laserpulse.
Logischerweise wird dadurch der Impuls immer unschärfer.
- Ne. Wenn die Wellenlänge kürzer ist, sind Wellenberg und Wellenberg näher aneinander. Daher der kürzere Abstand zwischen den Maxima im Beugungsmuster.
- x ist einfach der Abstand zum Kern. Aus der Funktion bzw dem Graphen kann man dann ablesen wie wahrscheinlich es ist, das Elektron an einem Abstand x vom Kern zu finden.
- statistisch verteilt heißt soviel wie zufällig, ohne dass etwas Einfluss darauf hat. Das heißt es sind im Durchschnitt gleich viele Teilchen in jede beliebige Richtung ausgerichtet. Dadurch kürzen sich ihre magnetischen Momente dann weg. Legst du ein Feld an, zwingst du die Teilchen sich alle in dieselbe Richtung auszurichten. Dann kürzen sich ihre Momente nicht mehr weg.
und 5. der Ort wird nicht kleiner, nur die Länge des Wellenpulses. Schau dir mal das Bild an: https://de.wikipedia.org/wiki/Interferenz_(Physik)#/media/Datei:Interferenz_sinus.svg
Wenn du zwei Wellen überlagerst, kriegst du ja entweder konstruktive oder destruktive Interferenz. Also je nachdem ob Wellenberg auf Wellenberg (das obere linke Bild) oder Wellenberg auf Wellental trifft (das oben rechts). Überlagerst du jetzt zwei Wellen mit unterschiedlicher Wellenlänge passiert das, was man im unteren Bild sieht. Da die beiden Wellen unterschiedliche Wellenlängen haben, treffen nicht immer genau Berge und Täler aufeinander, sondern es wechselt sich ab. Dazwischen gibt es einen Übergang. Daher diese "Beulen", also die Gesamtwelle wird stärker und dann wieder schwächer. Machst du das jetzt mit ganz vielen verschiedenen Wellen mit jeweils anderer Wellenlänge, werden diese Beulen immer kürzer. Das sieht dann so aus wie in deinem Bild unten.
Zu 1: Die Streifen sind aber von dem Wellenberg abhängig. Der wird ja durch die Verlängerung der Wellenlänge nicht irgendwie größer, oder was missverstehe ich?
Zu 2: X ist ja die Weite der Wellenfunktion. Die Frage ist quasi, wieso ist das 2s-Orbital größer, nur weil die Wellenlänge mehr Platz hat/braucht?
Die sind nicht von der Größe des Wellenbergs abhängig, sondern von der Position. Bei blauem Licht sind die Wellenberge näher aneinander.
X ist nicht die Weite, sondern einfach nur die Ortskoordinate. Also eine Variable wie in anderen Gleichungen auch. In dem Fall ist x der Abstand vom Kern. Die Wellenfunktion ist nur vom Ort abhängig (und von der Zeit, wenn man die zeitabhängige Variante rechnet). Dass die Funktion breiter wird liegt daran, dass das Energieniveau (also die Hauptquantenzahl) auch mit einfließt. Daher ist das 1s kleiner als das 2s.
Also ist es quasi die WAhrscheinlichkeitswelle (zu 2)? Aber wieso ist das 2s-Orbital dann dadurch breiter?
zu 1: Was meinst du mit "weiter auseinander" - hast du eine Grafik davon? Aber die Streifen hängen ja nicht nur von den Wellenbergen ab?
Mehr oder weniger. ψ² ist die Wahrscheinlichkeitsdichte. Das normale ψ ist nur die Wellenfunktion. Sagt dir der harmonische Oszillator was? Da sind die Energieniveaus bestimmt durch E = hω(n+½). Wobei n die Hauptquantenzahl ist. So ähnlich funktioniert das mit den Wellenfunktionen auch. Das 2s Orbital hat das nächst höhere Energieniveau. Und da das Potential in dieser Höhe breiter ist, ist auch die Wellenfunktion breiter.https://de.m.wikipedia.org/wiki/Harmonischer_Oszillator_(Quantenmechanik)#/media/Datei%3AAufenthaltswahrscheinlichkeit_harmonischer_Oszillator.png
Die Streifen bzw deren Abstand hängen vom Gangunterschied d bei der Beugung am Spalt ab. Dieser berechnet sich nach d = n * λ. Wobei n die Ordnung des Hauptmaximus ist. Das Maximum 0ter Ordnung ist immer in der Mitte, da n=0 und damit d=0. Da rotes Licht eine höhere Wellenlänge (also größeres λ). Ist der Gangunterschied auch höher als bei blauem Licht. Je höher der Gangunterschied desto größer auch der Abstand zwischen den Maxima. Sieht man hier unter "Funktion" ganz gut veranschaulicht: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Optisches_Gitter
Nein, der harmonische Oszillator sagt mir nichts,
Einige Fragen zum TExt: Wieso sind die Energieniveaus beim h. Oszillator durch E = h*w*(n+1/2) bestimmt und was ist eine "Hauptquantenzahl"?
Und wieso gilt, nur weil das Quadrat der Wellenfunktion "länger" ist, dass es größer ist. Ich meine, wieso sagt man denn nicht, dass die Aufenthaltswahrscheinlichkeit außerhalb des Atoms ist.
Dann wollte ich fragen, wieso das Quadrat der Wellenfunktion für das 2s-Orbital genau SO aussieht, also wie kommt es so zu stande, dass es quasi sehr schwach ansteigt (siehe Grafik)
Dann: Was ist ein Gangsunterschied und was ist ein Hauptmaximum?
Ok, ich dachte du hast etwas Vorwissen, weil du die Fragen so spezifisch gestellt hast. Ich versuchs einfacher zu halten.
Vergiss das mit dem harm. Oszillator. Das machts dann nur verwirrender.
Also erstmal zu dem Beugungsmuster. Das zu verstehen setzt etwas Physik-Vorwissen voraus. Deswegen versuch ich das so einfach wie möglich zu erklären.
Wie ein Lichtstrahl gebeugt wird, hängt in erster Linie davon ab, was das Licht für eine Wellenlänge hat. Das funktioniert vom Prinzip her so ähnlich wie ein Prisma. Das zerlegt ja das weiße Licht in seine Farben, weil unterschiedliche Wellenlängen im Glas unterschiedlich stark gebrochen werden. Die Lichtbeugung am Spalt ist auch wellenlängenabhängig. Je kürzer die Wellenlänge, desto schmaler wird das Maximum (Maximum ist der Begriff für einen dieser Streifen. Das Hauptmaximum ist der dicke Streifen in der Mitte). Das liegt einfach gesprochen daran, dass sich die Lichtwellen in kürzeren Abständen überlagern, weil eben ihre Wellenlänge kürzer ist. Sieht man hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Doppelspaltexperiment#/media/Datei:Slit_double_150_28.5.svg
Jeder dieser Peaks bzw Spitzen ist einer deiner Streifen. Salopp gesagt ist das die Welle die hinten auf deinen Schirm trifft. Wenn du jetzt die Wellenlänge verkürzt rücken diese Spitzen näher zusammen.
Dann zu den Orbitalen. Das ist schwer zu erklären, weil man sich dafür mit der Quantenmechanik auseinandersetzen muss. Und die verhält sich nicht so, wie man es aus unserer (großen) Realität gewohnt ist. In der Quantenmechanik gilt der Grundsatz, dass es kein Kontinuum gibt, alles kann in kleine Päckchen aufgeteilt werden und dann nicht mehr weiter. Diese Päckchen nennt man Quanten (daher der Name Quantenmechanik).
Diese Quantelung (bzw dieses Päckchen-Verhalten) gilt auch für Energieniveaus. So können Elektronen in Atomen nur ganz bestimmte Energieniveaus besetzen, aber nichts dazwischen. Diese Niveaus kann man nummerieren (das sind die Hauptquantenzahlen). Also 1 ist das erste Energieniveau, 2 das zweite, etc. Daher kommt auch die 1 im 1s-Orbital. Das ist das s-Orbital auf dem ersten Energieniveau. Das 2s dann entsprechend das auf dem zweiten.
Das Atom spannt um sich herum jetzt ein Potential auf. Das ist dieser Trichter, den man in der Abbildung sieht. Das erste Energieniveau liegt ziemlich weit unten. Da ist der Trichter schmal, daher ist auch die Wellenfunktion und damit das 1s Orbital schmal. Auf dem nächsten Energieniveau (da sitzt das 2s Orbital) ist der Trichter breiter. Ergo ist damit auch die Wellenfunktion des 2s Orbitals und damit das Orbital selber breiter.
Viel besser kann ich das nicht erklären. Erstmal vorweg: Ich finds top, dass dich das Thema interessiert und du versuchst das zu lernen und zu verstehen. Nur sind diese Videos schon auf etwas höherem Niveau und setzen jeweils auch ordentlich Vorwissen voraus, um das zu verstehen. Solche Videos sind gut um ein Thema zu verdeutlichen, mit dem man sich schwer tut, aber für das Aneignen von Grundwissen bzw einem neuen Thema doch eher schlecht, weil man sowas nicht in so kurzer Zeit erklären kann. Deswegen wär mein Tipp: Schnapp dir ein Buch dazu, das das Grundwissen vermittelt. Die sind so geschrieben, dass alles aufeinander aufbaut und man auch ohne Vorwissen folgen kann.
Erstmal vielen Dank für die langen Kommentare. Ich habe mich jetzt mal mit meinem Physik-Tutor 2h hingesetzt und alle Lücken aufgefrischt, die da noch akut waren. Was ich aber immer noch nicht verstehe,
wieso entsteht hinter (scheinbar) einem Spalt ein solches Wellenbild https://de.wikipedia.org/wiki/Doppelspaltexperiment#/media/Datei:Slit_double_150_28.5.svg)?
Und weiter: Dieser Potentialtopf ist mir mittlerweile auch ein Begriff, nur ist da mein einfaches Problem: Diese Wellenfunktion ist deutlich größer wegen dem Energieniveau, aber wieso heißt das auch, dass das 2s-Orbital größer ist? Also wieso führt diese Verteilung dazu, dass es größer ist?
Dann ist mir gerade noch was eingefallen, was ich auch nicht ganz nachvollziehe: Wieso ist die Wellenfunktion genau SO, also wieso verläuft sie (beim 2s-Orbital) so "elegant", also einfach in dieser Form?
Das schlimme ist immer, dass unsere Physikbücher das nicht behandeln und ich diese ewigen Fragen nicht mehr aus dem Kopf bekomme und das sehr ermüdend werden kann, weswegen ich für deine Antworten umso dankbarer bin!
Was mir gerade auch noch einfällt, was mein Physik-Tutor nicht erklären KONNTE, ist, wieso dieses Pauli-Verbot gilt.
Weil Teilchen sich in wenigstens einer Quantenzahl unterscheiden müssen. (physikalisch formuliert heißt das, dass die Wellenfunktion in Bezug auf Vertauschung von identischen Fermionen antisymmetrisch ist). Sitzen sie im selben Orbital haben sie die gleiche Hauptquantenzahl, Nebenquantenzahl und magnetische Quantenzahl. Daher müssen sie sich zwangsläufig in der Spinquantenzahl unterscheiden.
Was sind Nebenquantenzahl und magnetische Quantenzahl?
Und was ist in der PHysik (anti-)symmetrisch?
Und was sind Fermionen?
Und wieso müssen sie antisymmetrisch sein?
Vielleicht hast du es noch nicht gesehen, davor hatte ich auch noch einen Kommentar geschrieben
Vielleicht hast du es noch nicht gesehen, davor hatte ich auch noch einen Kommentar geschrieben
Den hab ich tatsächlich übersehen. Fangen wir mal mit dem an.
wieso entsteht hinter (scheinbar) einem Spalt ein solches Wellenbild
Das ist der Beweis, dass sich Photonen nicht (nur) wie Teilchen verhalten, sondern eben auch wie Wellen. Bei Teilchen müsste man nur zwei Striche sehen, bei Wellen eben so ein Beugungsmuster. Das lässt sich wahrscheinlich am besten verdeutlichen, wenn man sich Wasserwellen anschaut. Da funktioniert das ähnlich. Hier ist das ganz gut visualisiert https://www.youtube.com/watch?v=Jqm4f55soJQ
Und weiter: Dieser Potentialtopf ist mir mittlerweile auch ein Begriff, nur ist da mein einfaches Problem: Diese Wellenfunktion ist deutlich größer wegen dem Energieniveau, aber wieso heißt das auch, dass das 2s-Orbital größer ist? Also wieso führt diese Verteilung dazu, dass es größer ist?
Dann ist mir gerade noch was eingefallen, was ich auch nicht ganz nachvollziehe: Wieso ist die Wellenfunktion genau SO, also wieso verläuft sie (beim 2s-Orbital) so "elegant", also einfach in dieser Form?
Das schlimme ist immer, dass unsere Physikbücher das nicht behandeln und ich diese ewigen Fragen nicht mehr aus dem Kopf bekomme und das sehr ermüdend werden kann, weswegen ich für deine Antworten umso dankbarer bin!
Das lässt sich nicht so einfach erklären, ohne sich wirklich mit Quantenmechanik auseinander zu setzen. Daher mein Beispiel mit dem harmonischen Oszillator. Knapp runter gebrochen folgt dieses Verhalten aus der Lösung der Schrödingergleichung für die verschiedenen möglichen Zustände. Die Schrödingergleichung bzw die ganze Quantenmechanik sind mathematisch unfassbar komplex. Das war Teil meines Studiums und selbst jetzt versteh ich das nicht wirklich ganz, was die da genau machen.
Daher wär mein Tipp: Geh in eine Bibliothek in der Nähe und schau mal, was die da an Büchern haben. Klingt zwar immer irgendwie stumpf das zu empfehlen, aber die "für dummies" Bücher sind eigentlich echt gut und verständlich geschrieben. Grade wenn man mit dem Thema noch nichts am Hut hatte.
Oder falls du eine Uni mit einem theoretischen Schwerpunkt in der Nähe hast (also theoretische Chemie zum Beispiel). Kannst du da ja vielleicht mal bei einem Doktoranden oder so anfragen, die wissen da eigentlich gut Bescheid.
Was sind Nebenquantenzahl und magnetische Quantenzahl?
Quantenzahlen sind sozusagen die Nummern für verschiedenen Zustände von Teilchen. Die Hauptquantenzahl gibt das (Haupt-)Energieniveau an, auf dem sich ein Elektron im Atom befindet. Die Nebenquantenzahl bestimmt die Form des Atomorbitals (0 ist ein s-Orbital, 1 ein p-Orbital, usw.). Die magnetische Quantenzahl (bzw. Quantenzahl des Drehimpulses) sagt dir etwas über die räumliche Orientierung des Orbitals. Dadurch kommen die verschiedenen Anzahlen an Orbitalen zustande. Das s-Orbital sieht in alle Richtungen gleich aus, daher ist seine Orientierung egal und es gibt nur eins davon. Bei den P-Orbitalen (die sind hantelförmig) spielt die Ausrichtung sehr wohl eine Rolle. Man kann es entweder auf die x-, y- oder z- Achse eines Koordinatensystems legen. Es gibt also drei Möglichkeiten für die magnetische Quantenzahl und daher 3 p-Orbitale.
Und was ist in der PHysik (anti-)symmetrisch?
symmetrisch und antisymmetrisch bezieht sich hier auf die Vertauschung von Teilchen in den Wellenfunktionen. Symmetrisch bedeutet dabei, dass es egal ist, ob in der Funktion zuerst Teilchen 1 oder Teilchen 2 drin steht, das Ergebnis bleibt dasselbe. Antisymmetrisch heißt, es ist nicht egal und das Ergebnis unterscheidet sich, je nachdem welches Teilchen zuerst in der Funktion steht.
Und was sind Fermionen?
Fermionen sind eine Teilchenfamilie. Die zugehörigen Teilchen haben alle einen halbzahligen Spin. Dazu gehören eben Elektronen, aber auch die Quarks, aus denen Protonen und Neutronen bestehen. Fermionen verhalten sich auch quantenmechanisch etwas anders als Bosonen (das sind die Wechselwirkungsteilchen wie Photonen). Aber das ist jetzt nicht so wichtig.
Und wieso müssen sie antisymmetrisch sein?
Wie oben bereits erwähnt, würde ein symmetrisches Verhalten dasselbe Ergebnis hervorbringen, wenn man die Teilchen vertauscht. Das würde anschaulich bedeuten, dass zwei Teilchen gleichzeitig am selben Ort existieren können. Da das nicht sein kann, muss die Wellenfunktion antisymmetrisch sein, um die beobachteten Phänomene richtig beschreiben zu können.
Aber wieso können keine zwei Teilchen an einem Ort sein?
Und das Video (https://www.youtube.com/watch?v=Jqm4f55soJQ) zeigt ja auch nur den Doppelspalt. Mir ging es hier konkret um quasi den Einzelspalt, der ja auch in der wiki-Abbildung zu sehen ist
Meinst du die wiki Abbildung? https://de.m.wikipedia.org/wiki/Doppelspaltexperiment#/media/Datei:Slit_double_150_28.5.svg)?
Das ist auch von einem Doppelspalt.
Aber wieso können keine zwei Teilchen an einem Ort sein?
Naja, salopp gesagt, stoßen sich Elektronen ab. Und du kannst ja auch nicht z.b. zwei Steine an denselben Ort legen, die wären ja dann ineinander.
https://de.wikipedia.org/wiki/Doppelspaltexperiment#/media/Datei:Slit_double_150_28.5.svg)?
Hier wird aber was von einem Einzelspalt gesagt in der Bildunterschrift
Ja, dass die graue Kurve (also die Einhüllende) das Beugungsbild eines Einzelspalts ist. Das rote ist das vom Doppelspalt.
Für die Beugung am Einfachspalt bzw an einem Loch kannst du hier mal schauen https://de.wikipedia.org/wiki/Beugung_(Physik) da sind unten auch Beispielbilder gezeigt
Aber müssten wir dann nicht so eine immer blasser werdende Kugel auf dem Birldschirm erkennen?
Nicht, wenn das Loch klein genug ist. Dann kriegst du eben diese Beugungseffekte. Das passiert bei Licht, wenn das Loch eine Größe im Bereich der Wellenlänge des Lichts hat. Also ca 1 μm oder kleiner.
Das liegt in der Natur einer Welle. Alle Wellen machen das.
Also nicht falsch verstehen. Beugung findet immer statt, sobald eine Welle auf ein Hindernis trifft, auch bei Licht. Nur sieht man das nicht, weil der gebeugte Anteil verschwindent gering ist. Nur wenn der Spalt oder das Loch klein genug ist, wird genug Licht gebeugt, dass man das als Interferenzmuster sehen kann.
Aber es muss doch ein Modell zur Beschreibung dieses Bildes eines Einzelspaltes geben?
Es gibt eins zur Ausbreitung von Wellen, das auch den Einzel- und Doppelspalt beschreibt. Nennt sich Huygens-Prinzip https://de.m.wikipedia.org/wiki/Huygenssches_Prinzip
Das habe ich mir jetzt mal angeguckt, das sagt doch aber nichts über den Einzelspalt aus, oder?
Naja doch, diese Wellenbeugung nach dem Huygens Prinzip findet ja auch am Einzelspalt statt und sorgt für dieses Muster.
Aber dann müsste es doch diese Halbkugel geben?
Das Beugungsmuster von einem Loch sind Kreise, bei einem Spalt sinds Streifen. Oder was genau meinst du mit Halbkugel?
Na weil du einen Spalt hast. Die Wellen werden ja nur am Rand des Objekts gebeugt. Sieht man ja in dem Bild im Wiki
Gibt es bei dem Einzelspalt mehrere Elementarwellen, die dann davon losgehen?
Aber wieso interferieren die dann so? Ich kann es mir nicht vorstellen?
Das ist auch echt schwer sich das vorzustellen. Die Wellen werden ja in unterschiedlichen Winkeln am Einfachspalt abgelenkt.
Stells dir vielleicht so vor: Ganz links und ganz rechts am Spalt startet jeweil eine Welle. Wenn die einfach geradeaus gehen ohne abgelenkt zu werden, sind sie ja in Phase. Das heißt, Wellenberg trifft auf Wellenberg. Das sorgt für positive Interferenz.
Wenn die Wellen jetzt abgelenkt werden, kippst du sie gedanklich z.b. nach links. Das wird hier gezeigt https://de.m.wikipedia.org/wiki/Optischer_Spalt#/media/Datei%3ABeugungsspalt_fuer_schlitzblende2.svg
Wie du siehst, sind die Wellen immer parallel, aber die Phasen passen nicht mehr. (Sieht man an den Streifen mit S markiert, dort treffen Wellenberg der linken Welle auf Wellental der mittleren).
Was sind jetzt Phasen
in Phase heißt Wellenberg von Welle 1 läuft genau parallel zu Wellenberg von Welle 2. Gegenphasig heißt, Wellenberg von Welle 1 läuft parallel zu Wellental von Welle 2. Außer Phase heißt, die beiden Wellen stehen irgendwie zueinander nur halt nicht genau parallel oder antiparallel.
Aber ganz links starten doch mehrere wellen
Ne, da ist eine links, eine in der Mitte und eine rechts. Also eine pro Pfeil quasi. Nur zur Klarstellung ich mein dieses Bild hier: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Optischer_Spalt#/media/Datei%3ABeugungsspalt_fuer_schlitzblende2.svg
Wo aber bei S in dem Bild schneiden die sich?
S ist nur der Gangunterschied. Also der Weg, den die rechte Welle weiter gehen muss als die linke. Schneiden tun die sich gar nicht in der Zeichnung. Ein richtiger Schnittpunkt wird nie gezeichnet, weil sich Wellen nicht schneiden wie Linien, sondern eher überlagern wie Wasserwellen.
Vielleicht hilft dir das eher. Da sieht man dargestellt wie die Wellen im Beugungsmuster aufeinander treffen https://en.m.wikipedia.org/wiki/Diffraction#/media/File%3ASingle_Slit_Diffraction.svg
Aber wieso ist jetzt garantiert dass aufm Bildschirm genau dieses Bild entsteht? Beziehungsweise wieso ergeben genau die Winkel, in denen die einzelnen Pfeile ausgelegt sind, dieses Bold?
Meinst du die Streifen? Das kommt vom Schlitz. Wäre es ein Loch wär das Muster ja rund. Und bei mehreren Löchern/Schlitzen siehts ja nochmal anders aus. Oder was meinst du?
Wieso die Wellen dann interferieren. Dass sie ja abgelenkt werden, okay. Aber wie interferieren die so dass beim winzelspaöt dieses Nild entsteht
Wellen interferieren immer, wenn sie aufeinander treffen, unabhängig davon ob das jetzt wegen einem Spalt ist oder weil sich das Licht von einer Lampe irgendwo im Raum trifft.
Dass das jetzt beim Spalt sichtbar wird liegt nur daran, dass er eben so klein ist und dadurch den Großteil des Lichts das nicht gebeugt wird abhält bzw im Verhältnis zur Gesamtmenge an Licht, die da durch geht mehr Licht beugt.
Für dieses gesamte Beugungsphänomen gibts leider kein wirklich anschauliches Beispiel, weil wir das aus der Natur so nicht gewohnt sind. Man kann es höchstens mit Wasserwellen mehr oder weniger gut simulieren. Da hatte ich dir ja glaub ich auch schon mal ein Video geschickt. War das nicht verständlich? Also ich bin mir grad nicht sicher, wo du gedanklich hängst.
Da wo ich hänge ist wieso das Licht bei einem einzelnen Spalt so interferiert. Du hattest mir ja dieses Bild am Einzelspalt mit 3 Wellen darauf geschickt. Ich verstehe nicht wie sich daraus 1. Das Einzelbild ergibt und dann später beim Doppeldpalt das weitere Bild.
Ich kann mir nur nicht vorstellen, dass die Streifen breiter werden. Ich meine, es wird ja gestreckt. Die Welle wird doch dadurch nicht irgendwie intensiver?
Ich verstehe nicht wie sich daraus 1. Das Einzelbild ergibt
Wie die Interferenz von Wellen an sich funktioniert, hast du aber verstanden? Dann stells dir vielleicht wie folgt vor. Dafür nehmen wir mal das Bild: https://de.wikipedia.org/wiki/Interferenz_(Physik)#/media/Datei:Interferenz_sinus.svg
und das von eben: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Diffraction#/media/File%3ASingle_Slit_Diffraction.svg
Wir stellen den Winkel θ im zweiten Bild mal gedanklich auf 0. Das heißt, die Wellen die die gerade durch den Schlitz gehen, stehen zueinander wie im ersten Bild links oben (positive Interferenz). Also Wellen 1 und 2 in diesem Bild wären im zweiten die beiden Wellen links und rechts am Spalt. Es ergibt sich der dicke helle Streifen in der Mitte.
Jetzt erhöhen wir den Winkel θ soweit wie er im Bild 2 zu sehen ist. Dadurch verschieben wir die Wellen quasi zueinander. Welle 1 und 2 stehen jetzt so zueinander wie im ersten Bild rechts oben (negative Interferenz). Das ist jetzt der erste dunkle Streifen.
Wenn wir den Winkel jetzt weiter erhöhen, treffen wieder Wellenberg auf Wellenberg und es entsteht wieder ein heller Streifen.
Hab dir das mal zur besseren Visualisierung mit ins Bild reingepackt: https://workupload.com/file/MeSPaBtaFDt
Ich kann mir nur nicht vorstellen, dass die Streifen breiter werden. Ich meine, es wird ja gestreckt. Die Welle wird doch dadurch nicht irgendwie intensiver?
Das Bild wird nicht gestreckt. Das sieht nur so aus. Die Wellen bei rotem Licht sind einfach länger (höhere Wellenlänge) und man braucht daher einen größeren Winkel θ um die Wellen gegeneinander zu verschieben.
Hier wär jetzt auch nochmal die positive Interferenz fürs Maximum mit drin: https://workupload.com/file/JHRvTaRmyBH
Und wieso sind die Streifen breiter? Das mit den Winkeln verstehe ich, aber nicht, wieso diese Streifen dann breiter sind
Das liegt an der Wellenlänge des Lichts. Je länger diese ist, desto größer muss θ sein, um vom dicken Streifen in der Mitte zur destruktiven Interferenz zu kommen (und dann so weiter). Ergo sind die Streifen breiter.
Aber es heißt doch nur, dass der Farbverlauf gestreckt ist?
Was ich auch nicht verstehe, ist dieses Prinzip beim Doppelspalt. Dort ist es ja komplizierter als bei diesem einzelnen
Welcher Farbverlauf? Die Streifen haben alle dieselbe Farbe. Für das Beugungsexperiment sollte man ja grade kein Licht verwenden, das mehr als eine Wellenlänge (also mehr als eine Farbe) enthält.
Nur abhängig davon welche Farbe bzw welche Wellenlänge du nimmst (also z.b. rot, grün oder blau, wie im Bild deiner Frage) ist der Abstand der Streifen im Beugungsmuster eben anders.
Ich würds dir gern besser darstellen, aber über Chat ist das schwierig.
Ja, diese reine Vorstellung, wieso dieses aufeinander treffen von Wellentälern und Hügeln diese Streifen erzeugen fällt mir schwer. Die Welle wird ja langgezogen, aber die einzelnen Streifen haben ja eine Farbe. Aber das würde ja heißen, dass die Welle nicht gleichmäßig langgezogen wird, sondern es deutlich mehr Wellenberge als Wellentäler gibt, das ist mein Problem
Ok, ich glaub ich versteh jetzt, wo du hängst. Die Welle wird nicht langezogen, die Wellenlänge verändert sich nicht. Diese Streifen kommen nicht von den Bergen und Tälern direkt, sondern davon wo Licht auftrifft und wo nicht.
Soll heißen, dort wo die hellen Streifen sind, treffen noch Wellen auf. Dort wo dunkle Streifen sind nicht. Es ist nicht so, dass in den dunklen Bereich die Täler sind und in den hellen die Berge. In den hellen trifft Licht auf, in den dunklen ist es weg, wie ein Schatten, wenn man so will.
Ah, ja, okay, damit hätten wir es! Vielen Dank!
Vielleicht hast du meine FA nicht gesehen, aber ich habe dir auch meine Frage verlinkt zu Tensiden. Falls du kannst/möchtest, würe ich mich freuen :)
Hey, einige Fragen sind mir nach dem folgenden Video offen geblieben: https://www.youtube.com/watch?v=QOUc102ZLNI
Wieso hätten die Elemente ohne das typische Pauli-Verbot nicht ihre chemischen Eigenschaften?
Er spricht davon, dass die Wahrscheinlichkeitsdichte beim Tunnel nie 0 ist. Also könnte auch eine Kugel durch eine geschlossene Tür rutschen, SO sagt er es. Aber das sind doch zwei unterschiedliche Systeme, makroskopisch und mikroskopisch. Wie kann ich die miteinander vergleichen?
Bei 6:32 sagt er, dass das Alpha-Teilchen von U-228 mehr Energie hat, als das von U-238. Aber wieso?
Was sagt dieses Bild, was er im Thumbnail benutzt? (auch am Ende)
Das Pauli-Verbot hat noch viel weitreichendere Konsequenzen. Gäbe es das nicht, könnten zwei Teilchen im gleichen Zustand zur gleichen Zeit am gleichen Ort existieren. Dadurch würden sämtliche physikalischen Gesetze zusammenbrechen.
Wie kann ich die miteinander vergleichen?
Das geht insofern, als dass die Kugel ja auch aus Atomen besteht und wenn die slle gleichzeitig in dieselbe Richtung tunneln, würde sich die Kugel natürlich bewegen. Und das auch durch andere Objekte hindurch. Aber nur weil die Wahrscheinlichkeit dafür nicht 0 ist, heißt das nicht, dass das passieren kann. Zahlenbeispiel: Angenommen, die Wahrscheinlichkeit, dass ein Atom in Richtung x tunnelt wäre 10 %, also 0,1. Dann wären es für zwei Atome, die gleichzeitig tunneln 0,1 * 0,1 = 0,01. Für 10 Atome dann 0,1¹⁰ = 1/10000000000. Eine Kugel besteht nun aber aus vielen Milliarden von Atomen. Du siehst wohin das führt.
Bei 6:32 sagt er, dass das Alpha-Teilchen von U-228 mehr Energie hat, als das von U-238. Aber wieso?
Das kommt auf den genauen Zerfallsprozess an. Ein Apha-Teilchen ist nichts anderes als ein Helium-Kern. Und der kann verschiedene Energien haben, ähnlich wie Licht oder Elektronen zum Beispiel. Je nachdem wie viel Energie ihm eben mitgegeben wird.
Was sagt dieses Bild, was er im Thumbnail benutzt?
Das ist im Prinzip die Elektronendichte visualisiert. Was genau das bedeutet, dafür müsste man wissen, wie genau die Daten aufgenommen bzw verarbeitet wurden. Aber ich würde sagen, dass diese Spikes jeweils ein Eisenatom sind. Sprich, die Spitze,die darüber gefahren wird, hat die Anwesenheit von hoher Elektronendichte "gespürt" und das wird ja aufgenommen.
Dass das jetzt beim Spalt sichtbar wird liegt nur daran, dass er eben so klein ist und dadurch den Großteil des Lichts das nicht gebeugt wird abhält bzw im Verhältnis zur Gesamtmenge an Licht, die da durch geht mehr Licht beugt.
Wieso wird der Großteil des Lichts nicht gebeugt und 'n großer Teil abgelenkt? Wieso wird da Licht abgehalten?
Jetzt erhöhen wir den Winkel θ soweit wie er im Bild 2 zu sehen ist. Dadurch verschieben wir die Wellen quasi zueinander. Welle 1 und 2 stehen jetzt so zueinander wie im ersten Bild rechts oben (negative Interferenz). Das ist jetzt der erste dunkle Streifen.
Na ja, der unterere Streifen beginnt später und deswegen sind die nicht ganz positiv interferierend, oder?
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Diffraction#/media/File%3ASingle_Slit_Diffraction.svg
Wieso wird der mittlere Strahl hier überhaupt gebeugt, der kann doch einfach durch?
Die Frage beim Spalt ist: Wird längs jede Welle so gebeugt, wie bei einem Loch, durch das das Licht geht? Also insofern als dass die Wellen doch auch vertikal miteinander interferieren sollten?
Das liegt an der Wellenlänge des Lichts. Je länger diese ist, desto größer muss θ sein, um vom dicken Streifen in der Mitte zur destruktiven Interferenz zu kommen (und dann so weiter). Ergo sind die Streifen breiter.
Warum?
Soll heißen, dort wo die hellen Streifen sind, treffen noch Wellen auf. Dort wo dunkle Streifen sind nicht. Es ist nicht so, dass in den dunklen Bereich die Täler sind und in den hellen die Berge. In den hellen trifft Licht auf, in den dunklen ist es weg, wie ein Schatten, wenn man so will.
Müssten die äußeren Streifen dann nicht heller sein?
Wenn ich die Wellen verschiebe, komme ich ja zu dem Muster. Wieso sind am Rand aber nicht die Extrama, weil ich die Welle ja immer weiter verschiebe, irgendwann müssten doch wieder Berg auf Berg treffen?
Soll heißen, dort wo die hellen Streifen sind, treffen noch Wellen auf. Dort wo dunkle Streifen sind nicht. Es ist nicht so, dass in den dunklen Bereich die Täler sind und in den hellen die Berge. In den hellen trifft Licht auf, in den dunklen ist es weg, wie ein Schatten, wenn man so will.
Müsste man dann nicht den Standort von einem Elektron bestimmt haben?
Was sagt dieses h Strich bei einem Teilchen, also wenn ich einen Spin von 1/2hstrich habe? Reagiert der Spin auf einem Magneten? Ein Sprecher meinte, dass er bei einem Magnetfeld nur in zwei Richtungen zeigen kann
Ist Spin etwas, was sich dreht? Weil ein Sprecher meinte, der Gesamtdrehimpuls muss nach dem Zerfall einen Teilchens mit Spin 0 in zwei Spin 1/2 Teilchen weiterhin 0 sein?
https://www.youtube.com/watch?v=WSD24yvMj1w
Bei 2:30
Ist der Spin variabel? Das wirkt so in der Grafik
Was drückt er bei 8:31 aus, das ist völlig unklar
Wieso ist da ein Korrelationsfaktor von -1?
Wie kann die Situation bei 8:59 auftreten, sollten die nicht immer entgegengesetzt sein?
Wieso gilt bei 9:30 dass es bei QM und EPR (was ist das? ) anders aussehen müsste?
Was hat den Bell für ein Theorem gemacht?
Was ist der elektrische Feldvektor? Schwingt er bei Licht in alle Richtungen?
Was ist der Unterschied zwischen "polarisiertem" Licht und normalem Licht?
Wenn ich UV-Licht durch einen "speziellen Filter" (??) schicke, sollen sie in verschränkte Teilchen mit halber Frequenz zerfallen? Warum halbe Frequenz? Warum zerfallen die? Wie können die gegenseitig polarisiert sein? Was ist ein Polfilter (12:32)?
Was sieht man bei 12:50?
Wieso werden die Photonen 1 und 3 verschränkt (guck mal weiter, dann kommt das)
Wieso löst sich die Verschränkung von 1 und 2 auf? Wieso wird die Polarisation von Alice auf Bob übertrage
Warum werden die Photonen bei Alice nicht immer verschränkt?
Warum geht aus der Quantenteleportation nicht die normale?
Dass das jetzt beim Spalt sichtbar wird liegt nur daran, dass er eben so klein ist und dadurch den Großteil des Lichts das nicht gebeugt wird abhält bzw im Verhältnis zur Gesamtmenge an Licht, die da durch geht mehr Licht beugt.
Wieso wird der Großteil des Lichts nicht gebeugt und 'n großer Teil abgelenkt? Wieso wird da Licht abgehalten?
Jetzt erhöhen wir den Winkel θ soweit wie er im Bild 2 zu sehen ist. Dadurch verschieben wir die Wellen quasi zueinander. Welle 1 und 2 stehen jetzt so zueinander wie im ersten Bild rechts oben (negative Interferenz). Das ist jetzt der erste dunkle Streifen.
Na ja, der unterere Streifen beginnt später und deswegen sind die nicht ganz positiv interferierend, oder?
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Diffraction#/media/File%3ASingle_Slit_Diffraction.svg
Wieso wird der mittlere Strahl hier überhaupt gebeugt, der kann doch einfach durch?
Die Frage beim Spalt ist: Wird längs jede Welle so gebeugt, wie bei einem Loch, durch das das Licht geht? Also insofern als dass die Wellen doch auch vertikal miteinander interferieren sollten?
Das liegt an der Wellenlänge des Lichts. Je länger diese ist, desto größer muss θ sein, um vom dicken Streifen in der Mitte zur destruktiven Interferenz zu kommen (und dann so weiter). Ergo sind die Streifen breiter.
Warum?
Soll heißen, dort wo die hellen Streifen sind, treffen noch Wellen auf. Dort wo dunkle Streifen sind nicht. Es ist nicht so, dass in den dunklen Bereich die Täler sind und in den hellen die Berge. In den hellen trifft Licht auf, in den dunklen ist es weg, wie ein Schatten, wenn man so will.
Müssten die äußeren Streifen dann nicht heller sein?
Wenn ich die Wellen verschiebe, komme ich ja zu dem Muster. Wieso sind am Rand aber nicht die Extrama, weil ich die Welle ja immer weiter verschiebe, irgendwann müssten doch wieder Berg auf Berg treffen?
Soll heißen, dort wo die hellen Streifen sind, treffen noch Wellen auf. Dort wo dunkle Streifen sind nicht. Es ist nicht so, dass in den dunklen Bereich die Täler sind und in den hellen die Berge. In den hellen trifft Licht auf, in den dunklen ist es weg, wie ein Schatten, wenn man so will.
Müsste man dann nicht den Standort von einem Elektron bestimmt haben?
Was sagt dieses h Strich bei einem Teilchen, also wenn ich einen Spin von 1/2hstrich habe? Reagiert der Spin auf einem Magneten? Ein Sprecher meinte, dass er bei einem Magnetfeld nur in zwei Richtungen zeigen kann
Ist Spin etwas, was sich dreht? Weil ein Sprecher meinte, der Gesamtdrehimpuls muss nach dem Zerfall einen Teilchens mit Spin 0 in zwei Spin 1/2 Teilchen weiterhin 0 sein?
https://www.youtube.com/watch?v=WSD24yvMj1w
Bei 2:30
Ist der Spin variabel? Das wirkt so in der Grafik
Was drückt er bei 8:31 aus, das ist völlig unklar
Wieso ist da ein Korrelationsfaktor von -1?
Wie kann die Situation bei 8:59 auftreten, sollten die nicht immer entgegengesetzt sein?
Wieso gilt bei 9:30 dass es bei QM und EPR (was ist das? ) anders aussehen müsste?
Was hat den Bell für ein Theorem gemacht?
Was ist der elektrische Feldvektor? Schwingt er bei Licht in alle Richtungen?
Was ist der Unterschied zwischen "polarisiertem" Licht und normalem Licht?
Wenn ich UV-Licht durch einen "speziellen Filter" (??) schicke, sollen sie in verschränkte Teilchen mit halber Frequenz zerfallen? Warum halbe Frequenz? Warum zerfallen die? Wie können die gegenseitig polarisiert sein? Was ist ein Polfilter (12:32)?
Was sieht man bei 12:50?
Wieso werden die Photonen 1 und 3 verschränkt (guck mal weiter, dann kommt das)
Wieso löst sich die Verschränkung von 1 und 2 auf? Wieso wird die Polarisation von Alice auf Bob übertrage
Warum werden die Photonen bei Alice nicht immer verschränkt?
Warum geht aus der Quantenteleportation nicht die normale?
Naja, er sagt es doch selber. Die Breite ist abhängig von der Wellenlänge. Herleiten kann ich es dir gerade nicht, aber die Breite des zentralen Maximas berechnet sich aus
mit e als Abstand zwischen Spalt und Schirm und d als Abstand der Spalte.
- Wegen der Wellenlänge
Das ist schade, dann erkläre ich es einfach noch mal.
Die Breite der Streifen korreliert mit der Wellenlänge des Lichtes.
Zwar eine Antwort, aber keine wirkliche nachvollziehbare Erklärung.
Zu 1: Wieso sind sie enger beisammen? Müssten sie dann nicht weiter auseinander sein?
Zu 2.: Aber ist die x-Achse nicht die Ortsunschärfe?
Zu 3.: Was meinst du mit statistisch?
Zu 5.: Wieso wird der Ort dadurch kleiner? Es sind doch trotzdem lange Wellen?