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Beugung (Physik)


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Unter Beugung (Diffraktion) versteht man die Ablenkung von ( Licht - und andere elektromagnetische Wellen Wasser- oder Schallwellen ) an einem Hindernis. Zur Beugung kommt durch die Entstehung neuer Wellen am Hindernis ( Spalt Gitter Fangspiegel usw.) und deren Interferenz.

Inhaltsverzeichnis

Beugung von Lichtwellen

Wegen der Wellennatur des Lichtes weicht sein reales Verhalten von jenem das die geometrische Optik erwarten lässt. Sehr auffällig ist z.B. Auftreten von Regenbogenfarben auf der Rückseite von CDs . Die physikalische Grundlage für Beugung ist Interferenz von Wellen d.h. ihre Überlagerung. Sie zu gegenseitiger Verstärkung (konstruktive Interferenz) oder gegenseitiger (destruktive Interferenz) oder gar Auslöschung. Daher wird und Beugung in Zusammenhang mit allen Wellen

Im Gegensatz dazu kann die Brechung von Wellen in Medien mit verschiedenem Brechungsindex ohne Beachtung der Wellennatur des Lichtes die geometrische Optik beschrieben werden. Mit der Wellenoptik kann sowohl Brechung als auch Beugung beschreiben während geometrische Optik die Beugung nicht beschreiben kann.

Beugung kann unter anderem gut beobachtet wenn geometrische Strukturen eine Rolle spielen deren mit der Wellenlänge der verwendeten Wellen vergleichbar ist.

Beispiele für Lichtbeugung am Spalt

  • Beugung am Doppelspalt : Eine Welle trifft auf zwei dicht liegende Spalte dahinter überlagern sich die beiden Es ergibt sich eine Reihe von Beugungsreflexen der Eigenschaft dass der Weglängenunterschied der beiden ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist.
  • Beugung am Einfachspalt : Teilt man in Gedanken ein Lichtbündel an einem Einfachspalt in eine bestimmte Richtung wird in zwei Hälften können sich diese Anteile des Lichtbündels konstruktiv oder destruktiv überlagern. einem Spalt ergibt sich so wieder eine von Beugungsreflexen. Im Fall eines runden Loches sich konzentrische Beugungsringe.

Licht- und Röntgenbeugung am Gitter

  • Optisches Gitter : Sind in regelmäßigen Abständen viele Spalte ergibt sich eine Reihe von Beugungsreflexen deren derjenigen entspricht die man bei einem Doppelspalt dem gleichen Abstand erwartet. Mit zunehmender Anzahl Einzelspalte werden die Reflexe aber zu immer Linien. Da die Lage der Reflexe von Wellenlänge des Lichtes abhängt kann man optische zur Trennung verschiedener Wellenlängen nutzen. Das ist Monochromator und bei der Spektroskopie der Fall. Es werden in der sehr häufig regelmäßige Anordnungen von spiegelnden und spiegelnden Streifen als Reflexionsgitter verwendet. Die Rückseite CD wirkt ähnlich.
  • Röntgenbeugung : Diese wird in der Kristallographie zum Bestimmen und Vermessen von Kristallgittern verwendet. Die Wellenlänge der Röntgenstrahlung ist mit den Gitterabständen im Kristall und das Kristallgitter wirkt als mehrdimensionales optisches

Unterschied von Brechung und Beugung

  • Während Brechung ( Refraktion ) die Richtungsänderung einer Welle durch veränderte Geschwindigkeit ist
  • bedeutet Beugung ( Diffraktion ) die Ablenkung an einem Hindernis ( Spalt Gitter Linsenrand Fangspiegel usw).

Der Unterschied beider Begriffe wird am von Linsenoptiken deutlich. Bei Linsenfernrohren haben Brechung und Beugung folgende Auswirkungen:

Beugung von weiteren Wellenarten und ihre

Prinzipiell gelten Gesetzmäßigkeiten die für die von Lichtwellen gelten auch für andere Wellenerscheinungen. wenn sie in ihren Auswirkungen kaum zu sind.

  • In der Akustik:
    Die Beugung von Schall ist für die Berechnung von Lärmzonen

  • In der Seismik
    Da sich seismische Wellen ( Erdbebenwellen ) an der Oberfläche und im Untergrund kann ihre Beugung zur Untersuchung vieler Strukturen Erdkruste und Erdkern dienen. Man kann z.B. profilweise ausgelegte Geophone als Art Beugungsgitter betrachten aus der Überlagerung künstlicher Bebenwellen den Verlauf Kohleflözen bestimmen. Andererseits werden die Wellen von Erdbeben z.B. an der Grenze zwischen Erdmantel und Kern gebeugt womit seit langem Schalenaufbau der Erde erforscht wird.

  • Wasserwellen
    Im Wasser gibt es interessante Überlagerungen von ( Kaimauer Motorboote usw). Ähnliche Effekte kann man Ortung von Strukturen unter Wasser verwenden.

  • In der Quantentheorie hat jedes Teilchen prinzipiell auch Welleneigenschaften ist eine Beugung von Teilchenstrahlen möglich wenn experimentell schwer zugänglich. Es konnte z.B. die von Strahlen aus C 60 Molekülen im Experiment nachgewiesen werden.

Weblinks


Siehe auch: Beugungsringe Optik Spiegelteleskop Elektronenstrahlen Geophysik Snelliussches Brechungsgesetz



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