WikiDer > Beugung

Diffractie

Computersimulation des mit Laserlicht erzeugten Lichtmusters (663 nm, rot), die auf eine rechteckige Öffnung mit den Maßen 20 x 20 . fällt Mikrometer. Der Bildschirm befindet sich 1 Meter hinter der Öffnung. Die Größe des Musters beträgt 30 x 30 cm.

Beugung einer Welle durch zwei Schlitze. Das Licht aus den Schlitzen interferiert und verstärkt sich in unterschiedlicher Weise Aufträge m = 0, 1, 2 unter verschiedenen Winkeln θ auftretend (theta) der austretenden Lichtstrahlen

Beugung durch ein quadratisches Loch.

Beugung durch ein rundes Loch ergibt ein Muster konzentrischer Ringe.

Beugung ist die Auslenkung von a Golf an einem undurchdringlichen Hindernis vorbei. Meist handelt es sich um die seitliche Verbreiterung um Interferenz einer Welle, die durch eine Öffnung in einem undurchdringlichen Sieb läuft.

Folge der Wellenausbreitung

Beugung ist ein charakteristischer Effekt der Wellenausbreitung: zum Beispiel Schallwellen, Lichtwellen und andere elektromagnetisch Wellen (Röntgenbeugung), und Teilchenwellen wie Elektronen (Elektronenbeugung), Neutronen (Neutronenbeugung) und Atome. Sie ist beobachtbar, wenn die Abmessungen der Hindernisse im Verhältnis zur Wellenlänge klein sind. Das Bild zeigt zwei relativ schmale Schlitze in einem Schirm, hinter denen sich die Wellen in alle Richtungen biegen Je breiter die Öffnungen, desto besser lässt sich die Wellenausbreitung mit der Strahlentheorie beschreiben, so dass wir von geometrische Optik.

Anwendung

Die Beugung wird auf verschiedene Weise verwendet:

Beugung von Lichtwellen bei a Bar wird in der Spektroskopie verwendet, um Wellen verschiedener Wellenlängen zu trennen.
Beugung von Wellen mit einer Wellenlänge ungefähr gleich dem Abstand zwischen afstand Atome kann verwendet werden, um die Struktur von kristallinen Materialien zu bestimmen (Kristallstruktur) zu klären. Dafür, Röntgenbeugung, Neutronenbeugung und Elektronenbeugung benutzt.
Schallbeugung ist ein alltägliches Phänomen. Die Frequenzen von Schallschwingungen liegen in der Größenordnung von 1000 Hz, so dass ihre Wellenlänge in der Größenordnung von 0,1 bis 1 m liegt. Der Ton zeigt Beugung bei allen Objekten dieser Größe. Daher sind die hohen Töne einer Schallquelle immer am einfachsten abzuschirmen.

Die Farben, die als gebündeltes Licht auf a . erscheinen CD Stürze werden auch durch Beugung verursacht: Eine CD verhält sich wie a Reflexionsgitter.

Die Bildschärfe eines optischen Systems wie z objektiv oder ein Teleskop ist wegen der endlichen Wellenlänge immer durch Beugung begrenzt. Siehe auch den Artikel über die Luftige Scheibe.

Theorie

Eine allgemeine, 'strenge' Beugungstheorie wurde aufgestellt von Augustin Jean Fresnel. Diese Theorie verwendet die Fresnel-Integral. Diese rigorose Theorie wurde seitdem beträchtlich ausgearbeitet, wobei sie normalerweise sehr komplizierte Mathematik beinhaltet.
Beim Biegen innerhalb von Abmessungen, die im Verhältnis zum Rayleigh-Distanz ist die einfachere Theorie von Joseph von Fraunhofer anwendbar. Dies nutzt die Fourier-Transformation in einer zweidimensionalen Bildebene.

Fresnel-Beugung, Fraunhofer-Beugung

Wenn der einfallende Lichtstrahl divergiert, d.h. von einer nahegelegenen Quelle kommt, heißt er Fresnel-Beugung. Kommt das Licht von einer weit entfernten Quelle, so dass der Strahl parallel ist, heißt es fraunhofer beugung.

Beugung in Meereswellen

Beugung auf der Insel Dorre, Australien

Bei Hindernissen auf See, z.B. bei a Wellenbrecher oder ein Umhang, die Wellen biegen sich kreisförmig um dieses Hindernis. Dies ändert die Wellenrichtung und verringert die Wellenhöhe. Die Wellenperiode ändert sich daran nicht. Bei der Auslegung von Wasserbauwerken ist es wichtig, die Beugung zu berücksichtigen.