Interferenz am Doppelspalt

In diesem Artikel erklären wir dir alles zur Interferenz am Doppelspalt. Um das Thema besser zu verstehen, lies dir am besten den Artikel zur Interferenz und den Artikel zur Beugung am Einzelspalt durch. Diese Themen sind die Grundlage für die Interferenz am Doppelspalt.

Außerdem sind diese Themen, genau wie dieses hier, Teilbereiche der Wellenlehre und gehören zum Fach Physik.

Was ist ein Doppelspalt?

Im Artikel über die Beugung am Einzelspalt wird bereits auf die verschiedenen Hindernisse von Wellen eingegangen. Um die Interferenz am Doppelspalt besser zu verstehen, lies dir am besten zuerst diesen Artikel durch.

Die Beugung von Wellen passiert dann, wenn Wellen an ein Hindernis stoßen. Dieses Hindernis kann ein Einzelspalt, ein Doppelspalt oder ein Mehrfachspalt sein. Nur bei der Betrachtung eines Einfachspalts spricht man von der Beugung der Wellen. Liegen mehrere Spalten vor, so spricht man von der Interferenz. In diesem Artikel beschäftigen wir uns also mit der Interferenz an einem Doppelspalt und wie sich Wellen verhalten, wenn sie auf einen solchen treffen.

In einem Spalt entstehen Elementarwellen. Wir betrachten jetzt zwei Spalte, in denen jeweils eine Elementarwelle entstehen soll. Diese Elementarwellen überlagern sich. Dabei interessiert uns die Interferenz an einem bestimmten Punkt. Dieser wird meist auf einem Beobachtungsschirm angezeigt. Das beschriebene Vorgehen nennt man Doppelspaltexperiment.

• Es gibt Einfachspalte, Doppelspalte und Mehrfachspalte.
• Zwei Spalte, in denen jeweils Elementarwellen entstehen, werden Doppelspalt genannt.
• Beim Doppelspaltexperiment beobachtet man die Interferenz an einem bestimmten Punkt auf einem Beobachtungsschirm.

Das Doppelspaltexperiment

Beim Doppelspaltexperiment schickt man kohärente Wellen, wie zum Beispiel Licht – oder Materiewellen durch zwei schmale, parallele, nahe beieinanderliegende Spalte. Was kohärente Wellen sind, erfährst du in dem Artikel zur Kohärenz.

via wikipedia.org

Man schickt nun also zum Beispiel kohärentes, einfarbiges Licht, zum Beispiel Laserlicht durch den sogenannten Doppelspalt. An den beiden Spalten entstehen laut dem huygensschen Prinzip neue Elementarwellen. Was genau das huygenssche Prinzip ist, wird in dem Artikel zur Beugung am Einzelspalt erklärt.

Diese Elementarwellen überlagern sich und bilden beim Auftreffen auf einem Beobachtungsschirm ein Interferenzmuster aus hellen und dunklen Streifen. Dieses tritt jedoch nur auf, wenn die Wellenlänge der Wellen kleiner ist als der Abstand der zwei Spalte.

Die hellen Streifen entstehen durch ein Maxima an der Stelle, während die dunklen Streifen bei einem Minima entstehen.

Minima

Minima werden die Stellen an dem Beobachtungsschirm genannt, an denen kein Licht ankommt. Hier interferieren die Wellen der beiden Spalten also destruktiv. Was die destruktive oder konstruktive Interferenz ist, kannst du in dem Artikel zur Interferenz nachlesen.

Die Wellen interferieren destruktiv, wenn der Gangunterschied Δs zwischen dem oberen und dem unteren Randstrahl gleich einem Vielfachen der Wellenlänge plus einer halben Wellenlänge ist.

Es gilt daher für die Minima:

Δs=k⋅λ+0,5⋅λ=[(2k+1) / 2]⋅λ

k steht hier für ein Vielfaches und λ für die Wellenlänge.

Du findest übrigens auch zur Phasenverschiebung und Gangunterschied (link) einen eigenen Artikel, in dem dir die Begriffe erklärt werden.

Maxima

Maxima hingegen sind die Stellen am Schirm zwischen den Minima, an denen Licht ankommt. Die Wellen der beiden Spalte interferieren konstruktiv. Dieser Fall tritt ein, wenn der Gangunterschied Δs zwischen dem oberen und dem unteren Randstrahl gleich einem Vielfachen der Wellenlänge ist. Daher gilt für die Maxima:

Δs=k⋅λ

Der Winkel α

In der unten folgenden Abbildung ist der Winkel α zu sehen. Zwischen ihm und den Positionen der Minima beziehungsweise der Maxima lässt sich ein Zusammenhang feststellen. Dieser Zusammenhang lässt sich durch folgende Formel beschreiben: sinα=Δs/b

Ersetzt man nun den Gangunterschied Δs durch die jeweiligen Formeln von Maxima und Minima, die bereits oben im Artikel vorkamen, so kann der Winkel berechnet werden.

Will man den Winkel bei einem Maxima berechnen, so muss man also folgende Formel anwenden:sinα=(k⋅λ)/bWill man den Winkel bei einem Minima berechnen, so braucht man diese Formel: sinα=[(2k+1)/2b]⋅λ

via www.abiweb.de

Hinweise zum Doppelspaltexperiment

Die Abbildung, die in diesem Artikel zu sehen ist, ist nicht maßstabsgetreu. In der Realität arbeitet man bei den Spaltenabständen im Millimeterbereich und die Schirmabstände sind in der Größenordnung von einigen Metern. In der Abbildung ist der Spaltenabstand als g und der Schirmabstand als a bezeichnet.

Der Schirmabstand a ist in der Wirklichkeit etwa um einen Faktor 1000 oder 10000 größer als der Abstand der beiden Spalte voneinander. Zudem ist auch der betrachtete Winkel α sehr klein, also in etwa im Bereich von einem Grad. Auch verlaufen die beiden Wellenstrahlen in der Realität beinahe parallel.

• Beim Doppelspaltexperiment schickt man kohärente Wellen, wie zum Beispiel Licht – oder Materiewellen durch zwei schmale, parallele, nahe beieinanderliegende Spalte.
• An den beiden Spalten entstehen laut dem huygensschen Prinzip neue Elementarwellen.
• Diese Elementarwellen überlagern sich und bilden beim Auftreffen auf einem Beobachtungsschirm ein Interferenzmuster aus hellen und dunklen Streifen.
• Minima sind die Stellen, an denen kein Licht ankommt und die Wellen destruktiv interferieren. Es gilt: Δs=[(2k+1) / 2]⋅λ
• Maxima sind die Stellen zwischen den Minima, an denen Licht ankommt und die Wellen konstruktiv interferieren. Es gilt: Δs=k⋅λ
• Der Zusammenhang zwischen dem Winkel α und den Positionen der Minima beziehungsweise Maxima lässt sich im Allgemeinen wie folgt beschreiben: sinα=Δs/b

Der Welle-Teilchen Dualismus

Das Doppelspaltexperiment zählt zu den Schlüsselexperimenten der Physik. Erstmals wurde es 1802 von Thomas Young mit Licht durchgeführt, um die Wellennatur des Lichts zu beweisen. In der Quantenphysik nutzt man das Doppelspaltexperiment oftmals dazu, den Welle-Teilchen Dualismus von bestimmten Objekten zu demonstrieren.

Denn das Experiment kann eben nicht nur mit Licht durchgeführt werden, wie es weiter oben im Artikel beschrieben wurde. Auch mit Teilchen wie Atomen, Elektronen, Neutronen oder Molekülen funktioniert das Experiment. Es können also auch bei Teilchen Interferenzmuster beobachtet werden. Das lässt darauf schließen, dass auch die klassisch nur als Teilchen angesehenen Objekte Welleneigenschaften haben. Dieses Phänomen wird eben als Welle-Teilchen Dualismus bezeichnet.

• Das Doppelspaltexperiment ist sehr wichtig in der Physik.
• Thomas Young führte es 1802 zum ersten Mal mit Lichtwellen durch.
• Das Experiment kann auch mit Teilchen wie Atomen, Elektronen, Neutronen oder Molekülen durchgeführt werden.
• Auch die klassisch nur als Teilchen angesehenen Objekte weisen Welleneigenschaften auf.
• Es existiert also ein Welle-Teilchen Dualismus.

Interferenz am Doppelspalt – Alles Wichtige auf einen Blick!

• Zwei Spalte, in denen jeweils Elementarwellen entstehen, werden Doppelspalt genannt.
• Beim Doppelspaltexperiment beobachtet man die Interferenz an einem bestimmten Punkt auf einem Beobachtungsschirm.
• Beim Doppelspaltexperiment schickt man kohärente Wellen durch zwei nahe beieinanderliegende Spalte.
• An den beiden Spalten entstehen laut dem huygensschen Prinzip neue Elementarwellen, die sich überlagern und ein Interferenzmuster bilden.
• Minima sind die Stellen, an denen kein Licht ankommt und die Wellen destruktiv interferieren. Es gilt: Δs=[(2k+1) / 2]⋅λ
• Maxima sind die Stellen zwischen den Minima, an denen Licht ankommt und die Wellen konstruktiv interferieren. Es gilt: Δs=k⋅λ
• Der Zusammenhang zwischen dem Winkel α und den Positionen der Minima beziehungsweise Maxima lässt sich im Allgemeinen wie folgt beschreiben: sinα=Δs/b
• Das Doppelspaltexperiment beweist, dass bei Teilchen ein Welle-Teilchen Dualismus vorliegen kann.