Welle - Teilchen - Dualismus

1. Welle - Teilchen - Dualismus Susann Badran Universität Bielefeld 30. April 2008

2. Inhaltsverzeichnis I. I.1 I.2 I.3 II. II.1 II.2 II.3 III. III.1 III.2 IV. V. Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen Arthur Holly Compton Historie Compton - Effekt/- Streuung Anwendungen Louis-Victor de Broglie Teilchen oder Welle? Bestätigung von de Broglies Formel Fazit Literatur

3. Albert Einstein Biografie • geb. 14.März 1879 in Ulm • 1896 Studium am Polytechnikum in Zürich • 1900 Diplom • 1902 Anstellung beim Patentamt in Bern • 1905 sog. „Wunderjahr“ Albert Einsteins • 1909 außerordentlicher Prof. für Theoretische Physik • 1921 Nobelpreis für Physik • 1932 Aufbruch in die USA, Princeton • Ableben am 18. April 1955 in Princeton Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton - Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur

4. Licht Auffassungen von Licht • Newtons Korpuskeltheorie • Licht als elektromagnetische Welle • Einstein postuliert, dass Licht aus Lichtquanten besteht Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton - Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur

5. Photoeffekt Was ist der Photoeffekt? • kinetische Energie der freiwerdenden e- abhängig von der Frequenz des Lichtes • kinetische Energie nicht abhängig von der Intensität des Lichtes • stand im Widerspruch zur klassischen Physik • Photoeffekt als Schlüsselexperiment zur Begründung der Quantenphysik! Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur

6. Photoeffekt Aufbau + Durchführung des Photoeffekts • Photokathode wird mit Strahlung verschiedener • Wellenlänge bestrahlt • Frequenz des Lichtes muss • mit exakten Farbfiltern • aus weißem Licht selektiert • werden Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur

7. Photoeffekt Beobachtung des Photoeffektes Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur • Variation der Lichtwellenlänge • Maximalspannung abhängig von der Lichtfrequenz • Variation der Lichtintensität Ladestrom und somit Zeit abhängig von der Lichtintensität

8. Photoeffekt Erklärung des Photoeffektes Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur Proportionalitätsfaktor ist eine Konstante h mit der Dimension: „Energie:Frequenz“ oder „Energie*Zeit“

9. Photoeffekt Warum liegt der Achsenabschnitt jenseits 0? Achsenabschnitt ist „Austrittsarbeit“ des e- Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur Y

10. Anwendung In der Praxis • Photozellen und Photokathoden von Photomultipliern • Photoelektronenspektroskopie • Bildwandlerröhren Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendung A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur

11. Arthur Holly Compton Biografie • geb. 10.September 1892 in Wooster • 1913 Physikstudium an der Princeton University • 1914 Master Degree • 1916 Doktortitel • 1922 Untersuchung der Streuung von Röntgenstrahlen • an Kristallen • 1927 Nobelpreis • 1942-45 Leiter der Plutoniumforschungsabteilung • Ableben am 15.März 1962 in Berkeley, Californien Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur

12. Historie Tatsächlich, Licht hat Teilchencharakter • kein eindeutiger Beweis für den Teilchencharakter • Compton untersucht 1922 die Streuung Röntgenstrahlen an • Graphit • - Asymmetrische Streuwinkelverteilung • - Nicht identische Wellenlängen • Beweis gefunden, dass Licht Teilchencharakter besitzt Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur

13. Compton - Effekt /- Streuung Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur Was ist die Compton - Streuung? • Wechselwirkungsprozess in Materie • Führt zur Ionisation von Materie

14. Compton - Effekt /- Streuung • Vergrößerung der Wellenlänge bei Streuung an einem freien e- • Verminderung der Frequenz und Energie des Photons • Wellenlängeänderung des Photons abhängig vom Streuwinkel  • Streuung von =90° • Streuung von =180° • Photon wird in ursprüngliche Richtung zurück gestreut Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur „Compton - Wellenlänge des e-“

15. Anwendungen Compton Teleskope und Kameras • Bekannteste Compton - Teleskop COMPTEL • Entwicklungen zum Einsatz von Compton Kameras laufen in: • Medizin • Nukleartechnik Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur

16. Louis-Victor de Broglie Biografie • geb. 15.Augugst 1892 in Dieppe, Normandie • 1911 Studium der Mathematik und Physik • 1919 Mitarbeiter im Privatlabor seines Bruders • 1924 Abschluss des Studiums • 1929 Nobelpreis für Physik • 1929 Professor für theoretische Physik • Ableben 19.März 1987 in Louveciennes Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur

17. Teilchen oder Welle? Was nun? • Griff Idee des „Welle-Teilchen-Dualismus“ auf und führte sie mathematisch durch • Ging von den Gleichungen Einsteins aus • Verallgemeinerung der Gleichungen für beliebige Teilchen • mit • Wellenlänge  hängt also von Geschwindigkeit v und Masse m des • Teilchens ab! Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur E=h p=h/c Teilcheneigenschaft Welleneigenschaft =h/p De Broglie Wellenlänge

18. Bestätigung von de Broglies Formel • Nachweis für Welleneigenschaft: • Elektronenbeugung Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur • Durch folgende Experimente: • Davisson - Germer Experiment, 1927 • Elektronen - Doppelspaltexperiment von Claus Jönsson, 1961

19. Fazit Sowohl Wellen- als auch Teilchencharakter, je nach durchgeführten Experiment! Heute: Begriff „Welle - Teilchen - Dualismus“ veraltet Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur

20. Literaturverzeichnis Albert Einstein Licht Photoeffekt Anwendungen A. Holly Compton Historie Compton – Effekt Anwendungen L.-Victor de Broglie Teilchen / Welle De Broglies Formel Fazit Literatur • Stöcker: Taschenbuch der Physik • John Gribbin: Auf der Suche nach Schrödingers Katze • Wikipedia Enzyklopädie

21. Bitte klatschen!

22. Fragen?