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PN's Forum \ Wissen/Nachdenken \ allgemeine Wissenschaft \ Reflektion und Absorption von EM-Wellen (Licht), wie geht das von statten?


 Poison Nuke  *

#1 Verfasst am 03.03.2008, um 21:53:03



Hallo,

hier mal ein etwas anspruchsvolleres Thema, ich hoffe es gibt hier einige, die mitreden können, würde mich freuen :angel



Also, worum geht es?

Jeder kennt ja sicher einen Spiegel. Glas zum Schutz, eine dünne Quecksilberschicht und eine Abschlusschicht, damit das Quecksilber nicht verläuft usw. Ok, war zumindest früher Quecksilber. Obs aktuell eine einfache Metallfolie ist, weiß ich nicht :X


So, für die normale Optik ists ja nun einfach: Einfallswinkel = Ausfallswinkel. Das Licht (EM-Wellen im Bereich 400-800THz) wird aus Sicht der Optik einfach sauber reflektiert.
Bei anderen Oberflächen (Stoff z.B.), wird es zwar reflektiert, aber ein Teil der EM-Wellen wird absorbiert und der andere Teil diffus (wohl wegen der unregelmäßigen Oberfläche) reflektiert.


Soweit so gut, nur wie sieht eine Reflektion auf atomarer Ebene aus?

bekannt ist, das einmal die Frequenz (und damit die Wellenlänge) der Wellen entscheidet und andererseits auch die molekulare Struktur von dem Stoff. EM-Wellen mit sehr niedriger Frequenz (also alles unterhalb von Mikrowellen) gehen durch viele Stoffe ungehindert durch. Ab der Mikrowellenstrahlung geht es los, dass entweder die Atome selbst zum schwingen angeregt werden (thermische Energie), oder bestimmte Elektronen die Strahlung absorbieren. Dabei entscheidet dann aber das Energieniveau der Elektronen, sowie deren Bahngeschwindigkeit usw darüber, welche Frequenzen es absorbieren kann.

Durch die Absorption wird das Elektron natürlich auf ein höheres Energieniveau gehoben, welches nicht im Gleichgewicht zum gesamten Energiezustand steht und daher gibt das Elektron die Energie wieder in Form von EM-Wellen ab, deren Frequenz wohl eine Resonanzfrequenz vom Elektron sein könnte.
Ist zumindest eine Vermutung von mir. Bisher hatte ich bei Google noch keinen Erfolg, da näherführende Literatur zu finden :X


Was aufjedenfall in dem Zusammenhang noch interessant ist, ist die relativistische Änderung der Elektronenniveaus bei relativ schweren Atomkernen.
Und zwar ist es so, dass bei schwereren Atomkernen die sog. s-Elektronen (die Kernnächsten, mit dem niedrigsten Energieniveau) sehr nah am Kern sich bewegen, wodurch sie eine hohe Geschwindigkeit benötigen, damit sie nicht "abstürzen". Je schwerer bei einem Kern die atomare Masse wird, desto höher wird die Geschwindigkeit von den s-Elektronen. Bei Gold erreichen sie so z.B. schon 58% der Lichtgeschwindigkeit, weshalb gemäß der Relativitätstheorie ihre Masse um das 23fache zunimmt. Durch diesen Masseanstieg, die höhere Geschwindigkeit usw wird die positive Aufladung des Kerns nach außen hin mehr abgeschirmt, wodurch die weiter außen liegenden p- und d-Elektronen weniger stark angezogen werden und ihre Energieniveaus steigen dadurch.

Dadurch lassen sie sich leichter anregen.

Bei Silber, welches eine Reihe über Gold im Periodensystem steht, sind die s-Elektronen nicht so schnell unterwegs und die äußeren Elektronen befinden sich auf niedrigeren Niveaus. Daher reicht bei Silber erst die Frequenz von UV-Strahlung aus, damit diese Elektronen die Strahlung absobieren.
Bei Gold hingegen reicht schon blaues Licht dafür aus, weshalb Gold seine typisch gelbliche Farbe bekommt.

In dem Zusammenhang wurde erwähnt, dass bei Metallen sich zwischen den Atomen ein Valenzband bildet, indem die äußeren Valenzelektronen (d-Elektronen und höher) sich in ihren Bahnen gegenseitig überlagern und damit auch die Bindung der Atome zustandekommt.



nur leider finde ich einfach keine Erklärung oder einen zUsammenhang, was exakt passiert, wenn EM-Wellen auf eine molekulare Struktur, wie dem Kristallgitter von Metallen, trifft :Y


greetz
Poison Nuke

CHILLOUT_AREA

#2 Verfasst am 03.03.2008, um 22:01:02



Ich verstehe nicht ganz, worauf du jetzt hinaus möchtest,geht es dir um das Absorption verhalten bei Metallen, oder wie es sich mit den sichtbaren Licht verhält ,was wir wahrnehmen,deine erklärung ist gut gemacht,aber du wirfst direkt mehrere Fragen auf.





 Poison Nuke  *

#3 Verfasst am 03.03.2008, um 22:08:09



naja, kurz gefragt halt:
was passiert erstens genau beim Auftreffen von irgendwelchen EM-Wellen auf irgendwelche Molekühle und dann weiterführend halt, wie genau die Reflektion von Licht aussieht, weil auf molekularer Ebene betrachtet glaube ich kaum, dass die Welle einfach umgelenkt wird. Irgendwie spielen die Elektronen da mit rein, nur halt auf welche Weise :?


greetz
Poison Nuke

CHILLOUT_AREA

#4 Verfasst am 03.03.2008, um 22:26:55



Ach so,jetzt versteh ich es,soweit ich es gelernt habe (Berufsfachschule Drucktechnik).

Macht es garnicht soviel aus,im eigentlichen wird die EM welle gebrochen,da die Molekulare ebene in dieser sache nicht soviel die rolle spielt ,wenn man nur das Licht berücksichtigt ,was wir sehen.

Wenn ich jetzt mal von unsere branche spreche,kann ich mit einen Bild,zig verschiedene farbunterschiede zeigen,es hängt nur von der farbtemperatur ab.
Also ehrlich, da bräuchte man ein Elektronenmikroskop,und bei Metall wird es schwierig,das würde mit den normalen lichtspektrum nicht viel bringen,da müsste man noch andere Wellen mit einbeziehen.

Da Metall ein sehr fester Werkstoff ist,besser wie gesagt wäre, Stoffe die eine sehr leichten Molekularen aufbau hätten.

Aber Temperatur macht mehr aus,als sichtbares licht.





 Poison Nuke  *

#5 Verfasst am 03.03.2008, um 22:36:20



naja, ich würde aber trotzdem schon gerne wissen, was genau sich da abspielt:prost

und klar, die Temperatur hat schon einigen Einfluss, immerhin ändern sich durch sie auch z.t. die Energieniveaus. Nur wie wirkt sich dass dann auf die Reflektion usw aus, dass ist hier die Frage.


hier hilft keine einfache Physik mehr, hier geht es eher schon in Richtung quantenmechanischen Effekte usw. :Y


greetz
Poison Nuke

Boettgenstone

#6 Verfasst am 03.03.2008, um 23:43:51



Hallo,
du musst dir Fresnels Arbeiten, Einsteins Arbeiten zur Materie und die Arbeiten von Huygens zu Gemüte führen wenn du das verstehen willst, also ganz grosses Kino. Maxwellsche Gleichungen selbstverständlich auch noch.

Wie gut bist du und was kannst du in Mathematik?
---

Nach Einstein kann Wechselwirkung von Strahlung und Materie in 3 Prozessen beschrieben werden, Absorption, spontane Emission und stimulierte Emission.

Absorption gibt es wenn die Energie hf einfallender Photonen mit der Differenz der Energien einer Materie übereinstimmt.
W2 ist die Energie im angeregten Zustand W1 beschreibt den Grundzustand.
hf= W2-W1
h= Plancksches Wirkungsquantum
knapp angerissen, mir sind die Zusammenhänge auf der Ebene zu abstrus und ich verstehe da auch nicht alles. Was nicht weiter schlimm ist, ich kenne niemanden der alles versteht.

Das Brechungs/Reflexionsgesetz kann man auch als ke*r*sine = kr*r*siner angeben.

ke und kr sind bei Reflexion gleich.

daher er= e
Soviel schräges weil keine Formelzeichen bzw. das griechische Alphabet hier nicht geht.


Es heisst Reflexion weil das Wort von Reflex kommt. Licht wird normalerweise in Wellenlängen angegeben.
Spiegel sind heutzutage mit Aluminium (oder Silber) bedampft und mit einer luftdichten Schicht "bemalt".


@Chillout
Was willst du mit einem Elektronenmikroskop?
Die Photonen/Welle im VIS dringen in Metalle ein, nur nicht sehr weit.


p.s. "Optik für Ingenieure" Pedrotti, Pedrotti, Bausch und Schmidt empfehle ich für den Anfang. Der Klopper kostet 75€, ausserdem wäre "der Tipler" (das Buch heisst einfach Physik) ein Nachschlagewerk für generelle Physikfragen.


Gruß,
Christoph

bearbeitet von Boettgenstone, am 03.03.2008, um: 23:46:58


 Poison Nuke  *

#7 Verfasst am 04.03.2008, um 16:37:27




Boettgenstone schrieb:
Wie gut bist du und was kannst du in Mathematik?



etwas eingerostet aber wenn ich wieder was haben, mit dem ich mich beschäftigen kann, dann würde ich schon behaupten "sehr gut".



erste Frage:
wie definiert sich "W2" ? Hat jede Materie nur ein bestimmtes Energieniveau nach Anregung?


und was ist "ke", "kr" und "e"?



Kannst du vllt noch einen guten Tipp geben, wie man gute Literatur von Einstein, Huygens usw findet? Weil wenn man sie bei Google eingibt bekommt man klarerweise ein Haufen Resultate von denen nur extrem wenige brauchbar sind :Y



zum PS: steht bei Optik für Ingenieure auch detailiert was zu meinen Fragen drin, oder geht es da trotzdem eher nur um die grundlegende Optik, also Anwendungsgebiete und Gesetze usw?


greetz
Poison Nuke

Boettgenstone

#8 Verfasst am 04.03.2008, um 19:54:59



Hi,
@Mathematik
heisst Integral/differenzialrechnung, Vektoren, komplexwertiges müssen sitzen, einfachere DGl und Fourier-kram sollten einigermassen gehen.
(*hehe*, ich hass den kram, ein Freund von mir studiert Physik die brauchen das andauernd und in Formen da kommt mir nur das kotzen hoch)

W2 ist einfach das nachfolgende Energieniveau.
Wird natürlich durch hf und W1 beeinflusst.

k ist der Wellenvektor, e für einfallend, r für reflektiert.
e ist der Winkel, er für Reflexionswinkel

leih dir das Buch mal aus wenn du das verstanden hast kannst du die Sachen berechnen und soweit hast du es dann verstanden.
Ansonsten soll Feynmans QED Theorie von Licht und Materie sehr gut sein ist aber kein Lehrbuch im Sinne von Formelansammlung und mathematischen Beweisen.
Was den Rest angeht gibts ein paar Sachen so und natürlich der Tipler "Physik" die Sachen die da drin sind basieren auf deren Werk/en.

Der Tipler ist ein riesiges "Universalwerk" für Physik, sowas gehört IMHO in jeden guten Haushalt, genauso wichtig wie "das blaue Kochbuch" (heisst eigentlich das elektrische Kochen) oder "das bayrische Kochbuch", auf einer Ebene mit "Die Axt im Haus".



Gruß,
Christoph

 Poison Nuke  *

#9 Verfasst am 04.03.2008, um 20:04:28




Boettgenstone schrieb:
leih dir das Buch mal aus



müsstest nur schreiben, welches.
Oder meinst du damit "Optik für Ingenieure" aus dem vorherigen Posting?


Also mit Mathe ist das kein Problem, die meisten Probleme bereiten mir immer nur das verfluchten griechische Alphabet und so spezielle Formelzeichen usw, die selten gebraucht werden und man erstmal ewig nachsuchen muss, was genau das war:D


aufjedenfall schonmal vielen Dank
Scheint also wirklich nicht mal eben so erklärt zu sein.


greetz
Poison Nuke

Boettgenstone

#10 Verfasst am 04.03.2008, um 20:30:08



Jup meine Optik für Ingenieure.
Wenig Sachen aus Naturwissenschaftlichen Bereichen sind mal ebenso erklärbar, geht man tief genug hängt irgendwann halt doch alles irgendwie zusammen.


Zitat:
Also mit Mathe ist das kein Problem,


*ROFL*
sorry nix gegen dich, aber das hört man vor jeder Matheklausur trotzdem liegt bei selbigen die Durchfallquote im Schnitt bei 50% und mehr.
Das hat man von mir auch schon gehört...
Naja, Mathe ist nicht wirklich mein Lieblingsfach, aber 4 bleibt hier.



Gruß,
Christoph

 Poison Nuke  *

#11 Verfasst am 04.03.2008, um 20:36:12




Boettgenstone schrieb:
sorry nix gegen dich, aber das hört man vor jeder Matheklausur trotzdem liegt bei selbigen die Durchfallquote im Schnitt bei 50% und mehr.



ich hatte im Abi Mathe-LK und da keine Arbeit schlechter als 13Pkt abgeschlossen, auch im Abi hatte ich bei Mathe 14pkt, der Schnitt aller anderen Mathe-LK'er lag bei 8pkt oder so8)

Mein größtes Problem sind halt eben immer nur irgendwelche Spezial-Spezial Definitionen, wo man erstmal in 20 Büchern nachschlagen muss, eh alle Bestandteile von einem Gleichungssystem bekannt sind oder so :Y


greetz
Poison Nuke

Boettgenstone

#12 Verfasst am 04.03.2008, um 21:01:16



Hi,
Schule != Studium.

leider ist Schule, ausser bei der Sprache, keine gute Vorbereitung fürs Studium, hört sich hart an ist leider so.
Was wir laut manchen Profs schon hätten können sollen ist total heftig gut dreiviertel davon kamen in der Schule schlicht nicht vor. Die Mathe LK Sachen reichen stofflich etwa fürs erste Semester Mathematik, vom Niveau reicht das aber ohne zu lernen nicht zum bestehen.

Jetzt muss ich aufhören, übers Bildungssystem könnte ich graue Haare kriegen, dazu bin ich zu Eitel.



Gruß,
Christoph

 Poison Nuke  *

#13 Verfasst am 04.03.2008, um 21:11:08



klar, Schule is noch weit von Studium entfernt, aber mein Gymnasium hatte schon den Ruf, recht fordernd zu sein, was man auch an den Noten sah, nur für mich war MatheLK im Gegensatz zu den meisten anderen recht anspruchlos :X

nagut, soll hier ja jetzt wirklich nicht um die Bildung usw gehen.


ich werde dann ja sehen, wo meine Mathe-Kenntnisse an ihre Grenzen gelangen 8)


greetz
Poison Nuke

CHILLOUT_AREA

#14 Verfasst am 04.03.2008, um 21:20:14



Hm,ich fand Mathe wirklich nicht so toll, aber immerhin eine 3 gehabt,mir liegt da die Theorie besser, als die ganzen Mathematischen Formeln,und das konnte ich bei Physik gut gebrauchen.

Dann viel es mir immer leicht ,wenn man den hintergrund gut verstanden hat,sonst hilft auch die beste Formel nicht.





hasios1967

#15 Verfasst am 05.03.2008, um 08:01:56



Also ich kann hier nicht mehr wirklich mathematisch mitreden, dafür ist es zu lange her. Ich weiß aber noch aus der Zeit meines Studiums, dass es sich zum Beispiel bei den schillernden Gefiedern der Vögel um so genannte Interferenzfarben handelt. Die Federn der Vögel bilden - unter dem Mirkroskop betrachtet - feinste, regelmäßige, gitterartige Strukturen.Diese Reflektieren das Licht einer bestimmten Wellenlänge, während andere Frequenzen gestreut werden.
Gib mal bei Google Lichtbeugung am Gitter ein. Das sollte eigentlich Treffer bringen.



CHILLOUT_AREA

#16 Verfasst am 05.03.2008, um 10:40:13



Da ich einwenig Zeit habe ,habe ich schonmal etwas gestöbert ,und das gefunden.

http://de.wikipedia.org/wiki...)

Und das aus der Photographie.

http://www2.westfalia.de/sta...





 Poison Nuke  *

#17 Verfasst am 05.03.2008, um 12:32:02



danke Chillout für das Raussuchen :prost

nur leider halt noch weit von dem entfernt, was ich suche :Y

ich will wirklich auf der untersten molekularen Ebene die Vorgänge verstehen, also weit von Beugung und Gittern usw entfernt =)



greetz
Poison Nuke

Boettgenstone

#18 Verfasst am 05.03.2008, um 13:25:05



Hallo,
das am Gefieder Beugung vorkommt ist interessant und erklärt den mit dem Blickwinkel wandernden Glanz und das Farbspektrum, gebeugt wird dabei das gesamte Spektrum und reflektiert ebenso.
hasio1967 schrieb:

Zitat:
Also ich kann hier nicht mehr wirklich mathematisch mitreden, dafür ist es zu lange her.


poison schreibt:

Zitat:
nur leider halt noch weit von dem entfernt, was ich suche

ich will wirklich auf der untersten molekularen Ebene die Vorgänge verstehen, also weit von Beugung und Gittern usw entfernt



Ich kann nix dafür das Poison an die Spitze der Forschung will(), der ganze relativistische Kram ist für den Normalmenschen im Alltag aber völlig uninteressant. Es sind einfach nicht die richtigen Grössenordnungen (entweder zu klein oder zu gross) dafür gegeben.



Gruß,
Christoph

 Poison Nuke  *

#19 Verfasst am 05.03.2008, um 16:14:07



ich bin einfache ein neugieriger Mensch und ich hasse es, wenn ich irgendwas nicht verstehe 8)


Genauso nervt mich ja auch das Problem mit den EM-Wellen an sich. Es kann einfach noch keiner genau sagen, was Magnetismus genau ist, genauso wie keiner die Gravitation bisher erklären kann... naja, mal sehen, vielleicht kommt man ja über Gedankenexperiemente irgendwann dahin, versuchen zwar shcon viele Forscher, aber eine andere Betrachtungsweise kann vllt ja auch helfen :D


egal, ich werde gleich nach München fahren und da mal das Buch "Optik für Ingenieure" suchen und reinschauen 8)


greetz
Poison Nuke

Boettgenstone

#20 Verfasst am 05.03.2008, um 19:18:59



Hi,
eine schöne Sache.
Wenns dich so dringend interessiert bleibt dir nur Physik zu studieren, alles andere wäre Weichkeks-taktik.

Man kann doch bei der Bundeswehr auch studieren oder?


Gruß,
Christoph

CHILLOUT_AREA

#21 Verfasst am 05.03.2008, um 19:55:52



Jepp,da gebe ich dir recht,dann muss du halt Studieren,da dieses Thema sehr umfangreich ist,und gleichzeitig mehrere bereiche angeschnitten werden.

Sowas kann man nicht aus den stehgreif lernen,oder verstehen,obwohl ich mich eigentlich für einen guten Logiker halte.





 Poison Nuke  *

#22 Verfasst am 05.03.2008, um 21:29:46



wenn ich die Unterlagen dazu finde, wäre das wohl kein Problem, aber an eben den Material usw wird es meist scheitern:D



egal, ich habe mich heute mal in das Buch "Optik für Ingenieure" reingelesen. Also ist schon ein schöner Schmöcker, noch ne ganze Ecke größer als mein Akustikhandbuch 8o, dafür mit 75€ vergleichsweise günstig.

Aber da stand leider auch nicht mehr drin wie wir beide (Ich und Bottgenstone) eh schon geschrieben haben. Das war halt in der Einleitung ein kurzer Abriss, was Licht ist. Ansonsten geht es da nur um die Berechnung und Erklärung von den ganzen Phänomenen.



Achja, ob ich das in einem Physikstudium wirklich lernen würde. Interessant wäre es allemal, aber gibt es nicht noch Studienrichtungen, die mehr in Richtung Quantenmechanik usw gehen? Oder wird das auch dort mit abgedeckt?



Zumindest beim Bund Studieren geht nur bei Wahl einer bestimmten Laufbahn, die noch einige andere Forderungen nach sich zieht, auf die ich ganz und gar nicht lust habe, zumal Physik nichtmal angeboten wird, der Bund bietet eher nur Studien an, die in der weiteren Verwendung auch was bringen und ein Physiker wird im Militär nicht wirklich gebraucht, weil dafür nehmen die dann eh zivile Firmen ran...WENN mal was gebraucht wrden würde:D

na mal schauen, vllt finde ich noch ein paar andere interessante Nachschlagewerke. Der Hugendubel am Stachus ist schon recht umfangreich, da gabs jede Menge Bücher im Phyikregal =)


greetz
Poison Nuke

Boettgenstone

#23 Verfasst am 06.03.2008, um 13:12:05



Hallo,
im Physikstudium lernt man sowas, das Grundstudium ist halt eine Sache hinterher kann man sich spezialisieren.

Die Grundlagen für Kern und Teilchenphysik lernen afair alle und dann eben im Hauptstudium die Richtung die man machen will.


Zitat:
na mal schauen, vllt finde ich noch ein paar andere interessante Nachschlagewerke. Der Hugendubel am Stachus ist schon recht umfangreich, da gabs jede Menge Bücher im Phyikregal


wie gesagt der Tipler "Physik" und was dich wohl interessieren dürfte Claude Amsler "Kern- und Teilchenphysik" ein Vorlesungsskript das an der Universität Zürich im 5.-6. Semester als Einführungskurs gehalten wird.
http://www.amazon.de/Kern-Teilchenphysik-Claude-Amsler/dp/3825228851/ref=sr_1_1?ie=UTF8&s=books&qid=1204805046&sr=8-1
Name sacht was Programm ist, hab ich selbst IMHO recht verständlich für das Thema.


Gruß,
Christoph

 Poison Nuke  *

#24 Verfasst am 06.03.2008, um 16:06:16



danke für den Link:)


da habe ich ja für meine Zugfahrt morgen etwas zu lesen :D



Ob es eigentlich eine Uni gibt, die Physik als Fernstudium anbietet :X
Ist eh schon recht schwer, Unis zu finden, die das überhaupt machen :Y


greetz
Poison Nuke

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