Der Geek-Atlas (German Edition)

Amplitude sich ändert (d.h. dessen Stärke variiert), und die
     andere Welle ist ein sich veränderndes Magnetfeld. Tatsächlich erzeugt das elektrische Feld das magnetische, und umgekehrt.
     Die beiden Wellen sind miteinander phasengleich und haben die gleiche Wellenlänge (der Abstand zwischen zwei Scheiteln der
     Welle).
    Abbildung 35.1 Eine Lichtwelle
    Verschiedene Wellenlängen sorgen dafür, dass die elektromagnetischen Wellen verschiedene Eigenschaften haben (siehe Abbildung 35.2 ). Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge zwischen 400 und 700 Nanometern; blaues Licht hat die kürzeste Wellenlänge, rotes
     die längste. Auf einer Seite des sichtbaren Lichtspektrums liegen ultraviolette Wellen (zwischen etwa 200 und 400 Nanometern),
     die für den Sonnenbrand verantwortlich sind, auf der andere Seite liegt Infrarot (zwischen etwa 700 Nanometern und einem Millimeter),
     das für Nachsichtgeräte, Fernbedienungen und Wärmebilder (bei denen man die von einem Objekt abgestrahlte Hitze sehen kann)
     eingesetzt wird.
    Abbildung 35.2 Das elektromagnetische Spektrum
    Röntgen- und Gammastrahlen haben kleinere Wellenlängen als Ultraviolett; Mikrowellen und Radiowellen auf der anderen Seite
     haben Wellenlängen größer als Infrarot. Wenn man über Radiowellen spricht, wird üblicherweise deren Frequenz angegeben (ein
     Radiosender könnte sich beispielsweise mit KQED 88.5 FM melden, wobei 88,5 die Frequenz in MHz angibt). Die Frequenz f ist
     dabei einfach die Anzahl der Spitzen pro Sekunde. Bei elektromagnetischen Wellen (die sich mit der Lichtgeschwindigkeit c
     bewegen), ist die Frequenz von der Wellenlänge ë abhängig, wie die Formel 35-1 zeigt.
    Gleichung 35.1. Wellenlänge und Frequenz
    Maxwells Gleichungen haben aber nicht alle Fragen zur Strahlung beantwortet. Insbesondere der photoelektrische Effekt – bei
     dem elektromagnetische Strahlung durch Masse absorbiert wird und zur Emission von Elektronen führt – konnte mit der Wellentheorie
     nicht erklärt werden. Maxwells Gleichungen legten die Vermutung nah, dass diese Freisetzung von Energie (in Form von Elektronen)
     proportional zur Stärke der elektromagnetischen Strahlung sein müsste, doch tatsächlich war sie proportional zur Frequenz.
     Dieser Effekt war allgemein bekannt – 1901 meldete Nikola Tesla ( Kapitel 30 ) ein Patent für ein Gerät an, das einen Kondensator über eine dem Sonnenlicht ausgesetzte elektrische Scheibe auflud.
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    Das fehlende Bindeglied wurde von Albert Einstein entdeckt und in einem seiner Annus Mirabilis-Aufsätze aus dem Jahr 1905
     (siehe auch Kapitel 33 ) veröffentlicht. Einstein zeigte, dass sich Licht auch wie ein diskretes Energiepaket (das wir nun Photon nennen) verhält,
     und dass die Energie E dieser »Lichtquanten« proportional zur Frequenz f (siehe Gleichung 35.2 ) ist. Das war ein wichtiger Schritt hin zur Erklärung des photoelektrischen Effekts – auf Materie treffendes Licht wird in
     diskreten Einheiten (Photonen) mit einer spezifischen Energie absorbiert, die von der Lichtfrequenz abhängig ist, und diese
     Energie reicht aus, um ein Elektron aus seiner Bahn um einen Atomkern zu werfen.
    Gleichung 35.2. Energie und Frequenz (h ist die Plancksche Wirkungsquantum)
    Mehr Elektronen können aus der Materie herausgetrennt werden, wenn man die Intensität des Lichts erhöht, doch alle weisen
     die gleiche Energie auf, die durch die Lichtfrequenz bestimmt wird. Die Energie jedes Photons wird zum Teil genutzt, um das
     Elektron abzuspalten, und der Rest wird zu kinetischer Energie des Photons selbst.
    Maxwell führte die elektromagnetischen Wellen für Licht und andere Strahlung ein, und Einstein zeigte, dass sich die gleiche
     Strahlung wie Teilchen, diskrete Energieeinheiten, verhält. Diese beiden scheinbar gegensätzlichen Ansichten widersprechen
     sich nicht – sie sind die Grundlage für den Welle-Teilchen-Dualismus der Materie, der besagt, dass sich jede Materie sowohl
     wie Wellen als auch wie Teilchen verhält.
    Dieser Dualismus wurde experimentell für andere Teilchen als Photonen nachgewiesen. Da die Wellentheorie die Diffraktion und
     Diffraktionsmuster einfach erklärt, haben Physiker nach Diffraktionsmustern gesucht, die durch andere Teilchen verursacht
     wurden.
    1937 wurde der Nobelpreis für Physik für den erfolgreichen Nachweis der Diffraktion von Elektronen vergeben. (Dadurch wurde
     nachgewiesen, dass Elektronen wellenförmige Eigenschaften besitzen.) Bei diesem Experiment