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Photoeffekt Comptoneffekt Elektronenbeugung

Physik, 13 Quantenmechanik - Elektronenbeugung
Simulation Doppelspalt De Broglie Rg

Übersicht

Abb. 5.1b Beugungsmuster

Schießt man einen Elektronenstrahl auf ein Gitter (z.B. eine Silberfolie), so entsteht ein ähnliches Interferenzmuster wie bei elektromagnetischen wellen einer bestimmten Wellenlänge. Das Hindernis im Weg der "Elektronenwelle" ist hierbei der Abstand der Netzebenen im Kristall (vergleiche Bragg Reflexion).

Die hellen Ringe werden durch die Elektronenbeugung verursacht. Dies ist ein starker Hinweis darauf, dass Elektronen neben dem Teilchenverhalten auch ein Wellenverhalten zeigen.

Würden die Elektronen ein reines Wellenverhalten zeigen, so müsste das Interferenzmuster sofort als Ganzes, wenn auch mit sehr schwacher Intensität, auf dem Schirm erscheinen. Statt dessen wird die Energie an einer punktförmigen Stelle des Schirms abgegeben, wie es für das Verhalten von energiereichen Teilchen charakteristisch ist. Weder ein reines Wellenmodell noch ein reines Teilchenmodell beschreibt das Verhalten der Elektronen vollständig.

Simulation

In diesem Themengebiet liegt der Einsatz von Computersimulationen sehr nahe, da es kaum in der Schule durchführbare Experimente (alles  im Vakuum) zu diesem Thema gibt.

Das Programm Doppelspalt (1,2 MB) ist ein Simulationsprogramm zum quantenmechanischen Doppelspalt-Versuch, mit dem Sie die verblüffenden Gedankenexperimente zur Interpretation der Quantenmechanik nachvollziehen können. Sie erhalten ein interaktives Labor, in dem Sie Elektronen oder Atome zur Interferenz bringen können. Sie können den allmählichen Aufbau des Interferenzmusters verfolgen und mit der theoretischen Kurve vergleichen. Alle Parameter des Experiments sind veränderbar. Auf Wunsch bietet das Programm einen kompletten Lehrgang zum Thema "quantenmechanischer Doppelspaltversuch". Programmautor: Klaus Muthsam
Aufgaben:
bulletStarte den Lehrgang des Programms und lass dir von Quantus den Versuch erklären (Nein - er soll sich nicht dünne machen!). Erfahrene Benutzer können direkt mit dem Programm starten. Stelle folgende Experimente nach:
bulletklassische Teilchen: Quelle = Spraydose / Blende = Einfachspalt (Spaltbreite 11 mm, Spaltabstand 19 mm) / Vergrößerung 1x
bulletQuelle: 50 keV Elektronen / Blende = Einfachspalt (Spaltbreite 500 nm, Spaltabstand 2000 nm) / Vergrößerung 10.000x
bulletWas passiert mit dem Beugungsmuster, wenn die kinetische Energie der Elektronen verkleinert wird? Und was bedeutet, das für die Wellenlänge welche man den Elektronen zuordnen müsste.

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De Broglie

Louis de-Broglie, 1892-1981, Nobelpreis 1929Der Physiker De-Broglie hat den allgemeinen Zusammenhang zwischen dem Impuls p=mv eines Teilchen und einer im zuordenbaren Wellenlänge le aufgestellt.

 

 

grafische Darstellung der Beziehung zwischen Wellenlänge und ImpulsDie Wellenlänge  und der Impuls p der Elektronen sind indirekt proportional zueinander!
oder kurz: le ~ 1/p oder le ~ 1/mv

Impuls p und Wellenlänge l eines Teilchens sind indirekt proportional zueinander. Die Proportionalitätskonstante ist das Plancksche Wirkungsquantum h= 6,6262.10-34 Js = 4,1357.10-15 eVs.

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 letzte Änderung: 13.9.2005