Modelle und Erfahrungssätze: Optik und Quantenphysik

Hallo hier mal für alle Physikstudenten und Leistungskursler eine kleine Übersicht zu Modellen und Erfahrungssätzen der Optik und der Quantenphysik, mit der ihr so ziemlich die wichtigsten Grundfakten auf einen Haufen habt:
Optik
Modell Lichtstrahl:
Ist ein Modell, bei dem sich das Licht als schmales Lichtbündel unter optisch einheitlichen Bedingungen geradlinig ausbreitet.
Leistungen:
- Beschreibung von Reflexion und Brechung
- Erklärung der Funktionsweise optischer Geräte (Lupe, Mikroskop...)

Totalreflexion:
Die Totalreflexion beinhaltet den Übergang vom optisch dichteren zum optischen dünneren Medium, bei dem der Grenzwinkel überschritten wird. (Stufenprofil LWL, Umkehrprisma [ verändert Lichtrichtung, Umorientierung von Bildern])

Bildentstehung an Sammellinsen:
g >2f:
-verkleinert
-umgekehrt
-seitenvertauscht
-reell (wirklich)

g = 2f:
-gleich groß
-umgekehrt
-seitenvertauscht
-reell (wirklich)

2f > g > f:
-vergrößert
-umgekehrt
-seitenvertauscht
-reell (wirklich)

g = f:
- kein scharfes Bild
- gebrochene strahlen verlaufen Parallel
- Linse voll mit der Farbe des Gegenstands bedeckt

g < f:
-vergrößert
-aufrecht
-seitenrichtig
-virtuell (scheinbar)




Wellenmodel des Lichtes:
Unter optisch einheitlichen Bedingungen breitet sich Licht als Welle aus. Jeder Frequenz ist eindeutig eine Lichtfarbe zugeordnet.

Interferenzbilder:
Interferenzbilder sind nur bei kohärentem Licht sichtbar.
Kohärentes Licht ist Licht einer Lichtquelle, dessen Wellenzüge örtlich und zeitlich konstante Phasenlagen zueinander besitzen.

Polarisation von Licht:
Licht wird als Transversalwelle (Querwelle) aufgefasst. Polarisiertes Licht besitzt eine konstante Schwingungsebene.

BREWSTER’sches Gesetz:
Das reflektierte Licht ist dann vollständig linear polarisiert, wenn der Reflexionswinkel und der Brechungswinkeleien rechten Winkel einschließen.


Quantenphysik


Photonenmodell des Lichtes:
Licht breitet sich unter optisch einheitlichen Bedingungen gradlinig, in diskreten Energiebeträgen aus.
Photonen existieren nur in der Bewegung und sie transportieren nur Energie.

HEISENBERG’sche Unschärferelation:
1. Produkt aus Impuls- und Ortsunschärfe kann ein gewisses Mindestmaß nicht überschreiten.
2. Aussagen in der Mikrophysik werden zu Wahrscheinlichkeitsaussagen.
3. Messobjekte werden durch Messprozesse beeinflusst.

Die BOHR’schen Postulate:
1. Elektronen bewegen sich auf strahlungsfreien Bahnen um den Atomkern.
2. Es sind nur Elektronenbahnen erlaubt bei denen gilt: n * h/2π (n = 1,2,3...)
3. Ein Wechsel zwischen den Elektronenbahnen ist unter Aufnahme bzw. Abgabe diskreter Energiebeträge möglich.

Ergänzungen zu den BOHR’schen Postulaten:
1. Es existieren „scharfe“, kreisförmige Elektronenbahnen.
=> klassische Beschreibung: gleichförmige Kreisbewegung ( vb konstant)
2. Elektronenbewegung als stehende Materiewelle mit Maximalbedingung.
u = n * λ n = 1,2,3...
2π * r = n * (h/p)
L = p * r = n * (h/2π )

Leistungen des BOHR’schen Atommodells:
- Die energetischen Verhältnisse in der Atomhülle des atomaren Wasserstoffes werden sehr gut beschrieben.
- Die Größenverhältnisse des Wasserstoffsatoms lassen sich genau bestimmen.
- Die Größenordnung der Energieniveaus wasserstoffähnlicher Stoffe lassen sich angeben.
- Die Entstehung von Linienspektren lassen sich erklären.

Grenzen des BOHR’schen Atommodells:
- Es lassen sich nicht im Allgemeinen die Energieniveaus von anderen Stoffen bestimmen.
- Für die Existenz strahlungsfreier Bahnen gibt es keine Erklärung.
- Widerspruch mit der HEISENBERG’schen Unschärferelation (keine scharfen Elektronenbahnen möglich)

Für Wasserstoff und wasserstoffähnliche Stoffe:
Feinstrukturen im Linienspektrum bzw. der Einfluss von el. und mag. Feldern auf Linienspektren ist nicht erklärbar.