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7.3:

Interferenz und Beugung

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Chemistry
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Interference and Diffraction

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Eine einzigartige Eigenschaft von Wellen ist, dass wenn sie in Kontakt miteinander kommen, interagieren sie auf eine solche Weise, dass die resultierende Welle entweder eine erhöhte oder verminderte Amplitude hat. Dieses Phänomen wird als Interferenz bezeichnet. Wenn die Wellenkämme zweier Wellen gleich ausgerichtet sind, sind sie in Phase”Wenn diese Wellen interagieren, addieren sich ihre Amplituden und es wird eine Welle mit erhöhter Amplitude erzeugt.Dies ist eine konstruktive Interferenz. Wenn sich die beiden Wellen nicht gleich ausrichten so dass ihre Wellenkämme in entgegengesetzten Richtungen sind sind sie phasenverschoben”In diesem Fall hat die resultierende Welle eine geringere Amplitude. Das ist destruktive Interferenz.Wenn der Trog einer Welle sich vollständig mit dem Kamm des anderen überschneidet, heben sich die Wellen gegenseitig auf. Beugung ist ein weiteres charakteristisches Verhalten von Wellen. Stellen Sie sich die Welle von von oben vor so dass die Scheitelpunkte durch vertikale Linien dargestellt werden und stellen Sie sich vor, dass es auf eine Barriere mit einer schmalen Öffnung zusteuert.Die Öffnung in der Barriere hat eine ähnliche Größe wie die Wellenlänge. Wenn die Welle durchläuft, biegt sie sich um die Ecken der Öffnung und breitet sich in verschiedene Richtungen aus. Aber wie verhalten sich Wellen, wenn es zwei oder mehr Öffnungen in der Barriere gibt?Dies kann mit Hilfe einer Lichtquelle beobachtet werden. Wenn Licht emittiert wird, passiert die Welle durch das Paar eng benachbarter Schlitze, und es entstehen zwei gebeugte Wellen. Diese Wellen interferieren miteinander, um ein Muster zu erzeugen.Wenn die beiden Wellen die gleiche Distanz zurücklegen, vereinen sie sich konstruktiv. Dies wird durch das Auftreten einer hellen Linie beobachtet. Ein wenig entfernt vom Zentrum, in beide Richtungen, legt die eine Welle eine etwas längere Strecke zurück als die andere und sie werden phasenverschoben”Diese destruktive Interferenz erzeugt eine dunkle Region.Abhängig von den Wellen zurückgelegte Entfernung, wird ein Interferenzmuster von abwechselnd hellen und dunklen Linien gebildet. Dieser Doppelspaltversuch demonstriert die Wellennatur des Lichts.

7.3:

Interferenz und Beugung

Interference is a characteristic phenomenon exhibited by waves. When two electromagnetic waves interact with their peaks and troughs coinciding, a resulting wave with enhanced amplitude is produced. This is known as constructive interference. In this case, the two waves interacting are in phase with each other.

Alternatively, if the two waves coincide and interact in a way such that the trough of one wave coincides with the peak of the other (in an out of phase manner), the resultant wave will display a much lower amplitude. This is known as destructive interference.

Waves also show a characteristic behavior called diffraction. When a beam of light passes through a slit with a size comparable to the wavelength of the incident beam - the beam bends (or diffracts) around the slit. On the contrary, when a stream of particles is passed through a slit, the particles simply come out through the aperture.

Further, when a beam of light passes through a pair of closely spaced slits separated by a distance comparable to the wavelength of light, circular waves are produced at each slit by the process of diffraction. These two waves interfere with each other such that an interference pattern with alternate dark and bright lines is obtained on a screen placed at a short distance behind the slits.

The bright-line is produced at the center of the screen as the two waves travel an equal distance to reach this point and interfere constructively. When the two waves travel the small distance away from the center in either direction, they travel slightly different distances. They are out of phase. When the difference in their traveled distances is exactly one half of the wavelength,   they meet by producing destructive interference. The dark regions correspond to regions where the peaks for the wave from one slit happen to coincide with the troughs for the wave from the other slit (destructive interference), while the brightest regions correspond to the regions where the peaks for the two waves (or their two troughs) happen to coincide (constructive interference). The diffraction pattern is an inherent property of waves and presents compelling evidence for the wave nature of light. 

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 6.1: Electromagnetic Energy.