Beugung und Interferenz von Licht mit gewöhnlicher Lichtquelle

Nachdem die beiden Phänomene Beugung und Interferenz mit dem Laser nachgewiesen werden konnten, stellt sich die Frage, ob dies auch mit einer gewöhnlichen Lichtquelle (Glühlampe) möglich ist.

Um das zu untersuchen, wird folgender Versuch aufgebaut:

Versuchsaufbau und -durchführung:

Versuchsaufbau Glühlampe-Doppelspalt

Ein schmaler Beleuchtungsspalt wird mit einer Lampe beleuchtet. Mit Hilfe einer Sammellinse wird das Bild des Beleuchtungsspalts auf einem dahinter stehenden Schirm bzw. an der Wand scharf abgebildet.

Anschließend wird ein Doppelspalt hinter die Linse gestellt.

Beobachtung:

Auf dem Schirm ist ein (lichtschwaches) Interferenzmuster zu sehen. Man erkennt ein weißes Hauptmaximum, die Maxima der höheren Ordnungen zeigen ein kontinuierliches Farbspektrum.

Ergebnis:

Auch bei einer gewöhnlichen Lichtquelle tritt Interferenz auf. Man erkennt, dass das weiße Licht der Glühlampe in den Maxima höherer Ordnung in die Spektralfarben zerlegt wird: Die Maxima sind innen blau und außen rot.

Erklärung:

Das weiße Licht der Glühlampe enthält alle Spektralfarben. Die Bedingungen für konstruktive Interferenz sind für den blauen Anteil des Lichts bei einem kleinerem Abstand d (vom Hauptmaximum) erfüllt als beim roten Anteil.

Aus dem zuvor hergeleiteten Zusammenhang für die Wellenlänge

\lambda=\dfrac {d\cdot g}{a}

lässt sich schlussfolgern:

Blaues Licht muss eine kleinere Wellenlänge haben als rotes Licht!

Spektrum von sichtbarem Licht

Um abschätzen zu können, in welchem Wellenlängenbereich sichtbares Licht liegt, kann man die Abstand d der Maxima für verschiedene Lichtfarben bestimmen.

Man erkennt, dass sich das Spektrum von violett / blau über grün und gelb bis zum roten erstreckt.

Da das Beugungsbild nur sehr lichtschwach ist, lassen sich die Abstände nur ungenau messen.

Mit einem Mehrfachspalt (optisches Gitter, s. übernächster Abschnitt) erhält man ein etwas lichtstärkeres Beugungsbild:

Optisches Gitter 1

Hier kann man deutlich die Dunkelstellen sowie die farbigen Ränder der Maxima erkennen.

Info:

Mit optischen Gittern mit noch kleineren Spaltabständen lässt sich die Wellenlänge der verschiedenen Lichtfarben besser bestimmen. Dazu später mehr!

Eine Abschätzung ergibt, dass sich das Lichtspektrum von rot bis violett über einen Wellenlängenbereich von etwa 400 - 800nm erstreckt. Das entspricht dem, was man in der Literatur findet.

Der Bereich des sichtbaren Lichts erstreckt sich von violett bis rot über die Wellenlängen (im Vakuum) von etwa 390nm - 780nm.

Spektrum elektromagnetischer Wellen

Inzwischen sind wir sicher, dass es sich bei Licht um elektromagnetische Wellen handelt.

Wenn von sichtbarem Licht die Rede ist, ist der Wellenlängenbereich elektromagnetischer Wellen gemeint, für den unsere Augen empfindlich sind.

Dies ist jedoch nur ein kleiner Ausschnitt des gesamten Spektrums elektromagnetischer Wellen.

Nicht sichtbares Licht, welches sich an das rote Licht mit noch größeren Wellenlängen anschließt, heißt infrarot (IR). Infrarotlicht ist Wärmestrahlung.

Nicht sichtbares Licht mit kleineren Wellenlängen als violettes Licht nennt man ultraviolett (UV).

Die Sonne sendet neben sichtbarem Licht auch Infrarotlicht sowie UV-Licht aus.

Vergleich mit der Akustik:

Der hörbare Bereich von Schall(wellen) liegt in einem Frequenzbereich von eta 20Hz bis 20.000Hz. Eine Verdopplung der Frequenz (und damit einer Halbierung der Wellenlänge) entspricht einer Oktave.

Während wir knapp 9 Oktaven hören können, ist das Auge nur für eine "Oktave" empfindlich.

Auch bei Schall werden die Vorsilben "Infra" und "Ultra" benutzt:

Unterhalb des hörbaren Bereichs spricht man von Infraschall, oberhalb des hörbaren Bereichs von Ultraschall.

Elektromagnetische Wellen haben je nach Wellenlänge unterschiedliche Eigenschaften. Die Bezeichnungen für elektromagnetische Wellen bestimmter Wellenlängen beruhen auf ihrer Eigenschaft, ihrem Ursprung oder ihrem Entdecker.

Folgende Tabelle zeigt eine Übersicht über alle elektromagnetischen Wellen mit der üblichen Bezeichnung, ihrer Frequenz und ihrer Wellenlänge.

Elektromagnetisches Spektrum

Bezeichnung Frequenz Wellenlänge
Radiowellen 30 kHz - 3 GHz 0,1m - 10.000m
Mikrowellen 3 GHz - 1013 Hz 0,03mm - 0,1m
Infrarotes Licht 1013 Hz - 3,8 · 1014 Hz 780nm - 30μm
Sichtbares Licht 3,8 · 1014 Hz - 7,7 · 1014 Hz 390nm - 780nm
Ultraviolettes Licht 7,7 · 1014 Hz - 3 · 1016 Hz 100nm - 390nm
Röntgenstrahlung 3 · 1016 Hz - 5 · 1021 Hz 0,06pm - 100nm
Gammastrahlung > 3 · 1018 Hz < 10pm

Hinweis:
Umfangreiche Informationen zum elektromagnetischen Spektrum findest Du bei Leifiphysik unter http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/elektromagnetisches-spektrum#Spektrum