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Rund um Naturwissenschaft Neue Technologien, Physik, Chemie, Neue Energien, Tesla & Co ...

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Alt 01.05.2010, 11:49   #1
Manx
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Standard Dualismus Welle - Teilchen

Man muss schon suchen, in welcher Rubrik man so ein Thema unterbringen kann. Nix Eso oder so. Da wird's schon schwierig...

Dass sich Licht als Welle sowie als Teilchenstrom ausdehnen kann, ist bekannt. Es ergeben sich für mich daraus zwei Fragen:

1. Wie ist dabei "Licht" definiert? Nur das, was wir sehen können? Wohl kaum, jede poplige Digitalkamera sieht noch Infrarot, bestimmte Tiere sehen noch im ultravioletten Bereich.
Wo liegt da eine Grenze? Wie ist der Übergang, schleichend oder (wohl nicht) schlagartig?
Existiert der Dualismus nur im Bereich des "Lichtes" als Sonderfall, also drunter und drüber haben wir nur Wellen und keine Teilchen?

2. Bei Wellenausdehnung ist es ja so, dass bei Verdopplung der Entfernung sich die "ausgeleuchtete" Fläche vervierfacht, die Intensität allerdings ver"viertelt", also um 6 dB abfällt.
Jetzt lese ich, dass bei Licht (Rotlicht, Laser) dieser Wert bei 12 dB liegt, Erklärung 6 dB für Welle, 6 dB für Teilchen, ums gaaanz einfach zu sagen.
Einerseits einleuchtend, aber so recht glauben wollte ich das nicht.
Aus dieser Fragestellung entwickelte sich meine erste Frage.

Ich weiß, ein gutes Physikbuch ... Nur, wie viele Bücher brauche ich da, wie viel kostet mich das (wie viele hundert €) und wie viel Zeit verplempere ich auf der Suche. Ach ja, und die erforderlichen Mathekenntnisse habe ich auch nicht (mehr). Drum jemanden fragen, haben wir doch gute Leute hier im Forum.
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Alt 01.05.2010, 20:13   #2
basti_79
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Zitat:
Zitat von Manx Beitrag anzeigen
Man muss schon suchen, in welcher Rubrik man so ein Thema unterbringen kann. Nix Eso oder so. Da wird's schon schwierig...
Eigentlich ist das glasklar Naturwissenschaft

Zitat:
Dass sich Licht als Welle sowie als Teilchenstrom ausdehnen kann, ist bekannt.
Jein. Ich würde es eher so sagen: Licht ist sowohl wellenartig als auch teilchenartig. Wichtig dabei ist, dass es da keinen eigentlichen Widerspruch gibt: beide "Theorien" erklären dasselbe Phänomen und bilden nur unterschiedliche Grenzfälle.

Zitat:
1. Wie ist dabei "Licht" definiert? Nur das, was wir sehen können? Wohl kaum, jede poplige Digitalkamera sieht noch Infrarot, bestimmte Tiere sehen noch im ultravioletten Bereich.
Wo liegt da eine Grenze? Wie ist der Übergang, schleichend oder (wohl nicht) schlagartig?
Nein, es gibt keinen Übergang im eigentlichen Sinne. Bei den langen Wellen (Funk z.B.) tritt die Wellennatur deutlicher zu Tage, bei den kurzen Wellen (Gammastrahlung) die Teilchennatur. Das gilt übrigens für alle Erscheinungen: Auch (beispielsweise) Atome zeigen eine Wellennatur, wenn man nur genau genug guckt. Die Natur unserer Körper (deren Dimensionen etc.) bewirkt, dass wir manches eher als Welle wahrnehmen, und manches eher Teilchenartig.

Zitat:
Existiert der Dualismus nur im Bereich des "Lichtes" als Sonderfall, also drunter und drüber haben wir nur Wellen und keine Teilchen?
Nein, dieser Dualismus erfasst alle bekannten Phänomene.

Zitat:
2. Bei Wellenausdehnung ist es ja so, dass bei Verdopplung der Entfernung sich die "ausgeleuchtete" Fläche vervierfacht, die Intensität allerdings ver"viertelt", also um 6 dB abfällt.
Jein. Durch Interferenz kann es zu Abweichungen von dieser Regel kommen.

Zitat:
Jetzt lese ich, dass bei Licht (Rotlicht, Laser) dieser Wert bei 12 dB liegt, Erklärung 6 dB für Welle, 6 dB für Teilchen, ums gaaanz einfach zu sagen.
Wo liest du das? Laser sind ein Sonderfall eines sehr engen Strahles, bei dem "die Intensität" (ich bin mir nicht sicher, ob das der richtige Ausdruck ist, ich meine hier: Licht pro Fläche) ob seiner Form nur schwer zu messen wäre.

Auf große Entfernungen gilt aber hier natürlich auch dasselbe Gesetz, nämlich: dass Licht sich entlang gerader Linen ausbreitet, und diese, so sie von einem Punkt ausgehen und nicht parallel sind (und damit deckungsgleich - wovon sie ob naturgegebener Toleranzen abweichen werden) in doppelter Entfernung immer doppelt soweit voneinander entfernt sind, und das in zwei Dimensionen (fläche) eben die vierfache Fläche ergibt.

Zitat:
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Stimmt, dazu müsstest du schon einiges an Physik lernen, sowas steht nicht wirklich in Büchern - nicht denotativ, aber man kann sich's ggf. zusammenreimen. Bzw.: Frage 1 ist gängig und wird behandelt, wenn auch vielleicht nicht in der Form. Frage 2 ist natürlich auch innerhalb der Physik beantwortbar, aber wohl keine Frage, die so in Lehrbüchern auftaucht.
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Alt 02.05.2010, 12:26   #3
Llewellian
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Zitat:
Zitat von Manx Beitrag anzeigen
Man muss schon suchen, in welcher Rubrik man so ein Thema unterbringen kann. Nix Eso oder so. Da wird's schon schwierig...

Dass sich Licht als Welle sowie als Teilchenstrom ausdehnen kann, ist bekannt. Es ergeben sich für mich daraus zwei Fragen:

1. Wie ist dabei "Licht" definiert? Nur das, was wir sehen können? Wohl kaum, jede poplige Digitalkamera sieht noch Infrarot, bestimmte Tiere sehen noch im ultravioletten Bereich.Wo liegt da eine Grenze? Wie ist der Übergang, schleichend oder (wohl nicht) schlagartig?
http://de.wikipedia.org/wiki/Licht

Licht hat keine wirklich allgemeingültige Definition. Es wird zumeist als Licht bezeichnet, was im sichtbaren Spektrum ist und man nimmt oft noch den UV und Infrarotbereich dazu.

Ganz allgemein ist Licht aber nichts anderes als elektromagnetische Strahlung.


Zitat:
Zitat von Manx Beitrag anzeigen


Existiert der Dualismus nur im Bereich des "Lichtes" als Sonderfall, also drunter und drüber haben wir nur Wellen und keine Teilchen?
Nein, laut Quantenphysik existiert der Dualismus für jedes beliebige Teilchen und für jede beliebige Grösse. Auch du hast eine Wellenfunktion, allerdings... öhm... nimmt die Erscheinung/Wahrscheinlichkeit mit der Grösse eines Teilchens/Teilchenanhäufung ab.

Zitat:
Zitat von Manx Beitrag anzeigen



2. Bei Wellenausdehnung ist es ja so, dass bei Verdopplung der Entfernung sich die "ausgeleuchtete" Fläche vervierfacht, die Intensität allerdings ver"viertelt", also um 6 dB abfällt.
Ja, das stimmt. Und gilt für jeden Kugelstrahler. Auch für Gravitation und so weiter. Ist nicht nur auf den Elektromagnetismus beschränkt sondern hat was damit zu tun das wir 3 Raumdimensionen haben.

http://de.wikipedia.org/wiki/Abstandsgesetz

Stinknormales Abstandsgesetz auf einer Kugeloberfläche. Ganz normale Geometrie.




Zitat:
Zitat von Manx Beitrag anzeigen
Jetzt lese ich, dass bei Licht (Rotlicht, Laser) dieser Wert bei 12 dB liegt, Erklärung 6 dB für Welle, 6 dB für Teilchen, ums gaaanz einfach zu sagen.
Einerseits einleuchtend, aber so recht glauben wollte ich das nicht.
Aus dieser Fragestellung entwickelte sich meine erste Frage.
Keine Ahnung wo du das her hast, aber eine Schrittfolge von 6dB ist eine stinknormale Verhältnis-Schrittgrösse.

In linearen Systemen verhalten sich die Leistungs- bzw. Energiegrößen P proportional zu den Quadraten der einwirkenden Effektivwerte von Feldgrößen x (z. B. elektrische Spannung, Radioaktivität, Feldleistung, Schalldruck), d. h.

P = x^2.


Zitat:
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Es würde vermutlich schon reichen, wenn du das Physikbuch der 8-10 Klasse Realschule lesen würdest. Mathekenntnisse entsprechend.
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Alt 03.05.2010, 17:03   #4
Manx
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Vielen Dank an Basti und Llewellian für die Antworten. Wieder was dazu gelernt. Um nun nicht wie ein kompletter Idiot da zu stehen, noch ein paar Worte hinterdrein.

Wie ich schon schrieb, die Geschichte mit den 6 dB ist mir eigentlich schon klar, die zeichnerische Darstellung zeigt es ja. Ob man, lieber Basti, das nun als Energiedichte oder wie auch immer bezeichnet, ist doch egal, da sind wir nicht kleinlich, oder?

Überrascht hatte mich eine Aussage in einem Forum von einer Dämpfung von 12 dB, der auch von führenden Leuten nicht widersprochen wurde. Was tut man also? Man fragt jemanden, der es wissen muss. Reicht dafür ein Elektroingenieur Fachrichtung optische Elektronik aus? Fazit: 6 dB, spätere Korrektur, ja, doch 12 dB, allerdings keine für mich brauchbare Erklärung.

Und da blieb mir keine andere Wahl, als das mal hier rein zu setzen.

Die Frage nach der Quelle ist etwas schwer zu beantworten, ich weiß, DASS ich es gelesen habe, ich weiß, WO ich es gelesen habe, ich finde es nur nicht wieder! Ich müsste alle Einträge in dem Forum vom letzten Jahr durchfieseln. Ich bin mir sogar sicher, dass es ein Eintrag von Yves Garnier F1AVY war. Auf seiner Homepage lese ich allkerdings nichts davon.

Das Forum kann man hier aufrufen, dann über "Directory of Lists", "Laser" zum "Laser Archive" durchhangeln.

Noch abschließend ein Wort über die Physikbücher: Meines damals behandelte solche Sachen nicht, kann sein, dass das heute der Fall ist. Alles mit dem Unterschied, dass mich das damals (vor 45 Jahren) interessiert hätte, heute wohl keinen Schüler mehr.

Und die Mathebücher: Was wir damals an Mathe gemacht haben, wird heute in gleicher Schule bei weitem nicht mehr behandelt. Und damit meine ich nicht nur den Rechenschieber.
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Alt 03.05.2010, 23:18   #5
Llewellian
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Bezüglich des Lasers:

Ich kann mir durchaus vorstellen, das es hier zu "Dämpfungen" in der Energieausbeute kommt, wenn man die Lichtquelle NICHT als Kugelstrahler betrachtet.

Lasersysteme sind im Gegensatz zu natürlichen Systemen ein Spezialfall, denn hier hat man mehrere "Dämpfungspunkte".

Gepumpte Systeme haben einerseits einen Verlust an der Pumpstelle - nicht alles Licht was reingepumpt wird, wird auch absorbiert und als Pumpenergie benutzt, und - was z.b bei meinem Laser zuhause der Fall ist:

Ich habe einen gepumpten Gaslaser (Rotlicht) zuhause mit zwei Halbspiegeln und zwei Ausgängen auf beiden Seiten der Laserröhre.

Da kommt es also bei "Aufweitungsverlusten" zu 2x 6 dB pro Entfernungseinheit.
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Alt 04.05.2010, 10:31   #6
Manx
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Ja, aber es ging um die Dämpfung im "freien" Raum, also nachdem der Strahl den Laser verlassen hat. Und es werden üblicherweise Diodenlaser verwandt, immer häufiger auch Leistungs-LED, die bzgl. Szintillation vorteilhafter sind.

Allerdings kann ich nicht ausschließen, dass es sich bei den 12 dB um einen Verständnisfehler meinerseits gehandelt haben könnte, denn Garniers Englisch ist nicht unbedingt fehlerfrei.

Ich sehe schon, ich muss den Original-Text ausfindig machen, nachlesen und dann hier einbringen.



Ich habe noch einen 63mW-HeNe-Laser von Melles-Griot rumliegen, leider fehlen mir Daten für Zünd- und Brennspannung sowie -strom dafür. Die beiliegende Stromversorgung scheint mir ein wenig klein, trägt natürlich auch keine Daten.

Hättest du so etwas? Oder sonst jemand von den geschätzten Mitläsern?
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Alt 04.05.2010, 11:00   #7
basti_79
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Zitat:
Zitat von Manx Beitrag anzeigen
Ja, aber es ging um die Dämpfung im "freien" Raum, also nachdem der Strahl den Laser verlassen hat.
Ich bin mir recht sicher, dass durch die speziellen Eigenschaften des Lasers im "Nahfeld" kuriose Werte für die Dämpfung abgelesen werden können. Allerdings ist das eine der erwähnten Ausnahmen. Ich erwähnte auch, dass es recht wichtig ist, welche Größe man tatsächlich mißt. Wenn man z.B. die Energiemenge pro Flächeneinheit mißt, wird es ziemlich schwierig, eine Meßfläche zu bauen, die kleiner ist als der Laserstrahl.

Zitat:
Ich sehe schon, ich muss den Original-Text ausfindig machen, nachlesen und dann hier einbringen.
Ja.

Zitat:
Ich habe noch einen 63mW-HeNe-Laser von Melles-Griot rumliegen, leider fehlen mir Daten für Zünd- und Brennspannung sowie -strom dafür. Die beiliegende Stromversorgung scheint mir ein wenig klein, trägt natürlich auch keine Daten.
Naja, ich würd schon davon ausgehen, dass das Zubehör richtig Dimensioniert ist.
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Alt 04.05.2010, 15:36   #8
Manx
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Zitat:
Zitat von Basti Beitrag anzeigen
Ich bin mir recht sicher, dass durch die speziellen Eigenschaften des Lasers im "Nahfeld" kuriose Werte für die Dämpfung abgelesen werden können. Allerdings ist das eine der erwähnten Ausnahmen.
Oh ja, allein durch Szintillation wabert der Lichtfleck schon gewaltig. Sieht doll aus. Eine aussagekräftige Messung wäre nur über längeren Zeitraum möglich.

Zitat:
Zitat von Basti Beitrag anzeigen
Naja, ich würd schon davon ausgehen, dass das Zubehör richtig dimensioniert ist.
Wenn es wirklich das Zubehör ist. Daran habe ich begründete Zweifel. Allein die Tatsache, dass die Hochspannungssteckverbinder identisch sind, sagt noch nichts. Die Stromversorgungen wurden auch zusammen mit kleineren Lasern verkauft. Und meine Eigenbau-Versorgung für einen 15mW-Laser ist eine ganze Ecke größer.


Aber davon abgesehen, mit diesen Geschützen will ich nicht draußen rumballern. Ich beschränke mich auf 3mW-Laserdioden. Die haben auch schon Reichweite.
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Alt 04.05.2010, 16:28   #9
Manx
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Suchet, so werdet ihr finden. Ich hatte den gesuchten Text so etwa im letzten 1/2 Jahr vermutet, aber er war schon älter.

Tja, etwas klarer wird die Sache, es scheint um Spezialfälle zu gehen, aber vielleicht kann mir jemand beim Verständnis helfen.

Im ersten Teil hat sich Yves geirrt, er korrigiert das im 2. Beitrag:



Zitat:
Zitat von Garnier Yves f1avy at yahoo.fr
Tue Jan 20 03:59:15 EST 2009

James,
If both signals have the same average power (averaged
energy during one second) that means the sinus signal
has greater pick amplitude the square one.
If you only want to detect the fundamental frequency
the sinus signal will give greater pick amplitude.
(1.414 more voltage)
If your signals have the same maximum photons flux,
the fundamental frequency will give the same amplitude
independently the sinus or square wave.
A photo detector converts a photons flux to a current
and then to a voltage.
The voltage min and max values gap defines available
electric signal amplitude because has you say each
photon always gives energy without positive and
negative contribution in the photo detector.
It is quite different with radio wave and the
properties are not the same.
For example for the same output power if you double
the distance TX RX in radio the received power
decreases by 6dB
If you double the distance in optic communication from
the optical source the photons flux decreases by 4,
the photo detector current decreases by 4 and the
detected voltage by 4...
That means the received power decreases by 16 dB!
73 Yves F1AVY



Zitat:
Zitat von Garnier Yves f1avy at yahoo.fr
Tue Jan 20 07:27:10 EST 2009

...
you will notice the first Fourier component has a
greater amplitude the initial square wave.
A low pass filter removes the harmonics but these
harmonics power is lost .
Transferred power and signal detection efficiency are
quite different.
If you double the distance in optic communication
from the optical source the photons flux decreases by
4, the photo detector current decreases by 4 and the
detected voltage by 4... That means the received power
decreases by 12 dB and not by 16 dB off course.
73 Yves F1AVY

Mir geht es eigentlich nur darum: Wenn ich über eine Distanz von z.B. 20 km eine einwandfreie Sprechverbindung über Laserstrahl hinbekomme, müsste ich ja über 40 km, gleiche atmosphärischen Bedingungen voraus gesetzt, eine 6dB schlechtere, also noch einwandfreie Verbindung hinbekommen.

Das ist der Punkt, wo mich der Wert von 12 dB irritiert hat. Und deshalb die Frage an das erlauchte Forum.
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Alt 04.05.2010, 19:29   #10
basti_79
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Hmm, anscheinend geht es da um die Eigenschaften der Empfangselektronik, nicht um den Strahl selber. Möglich, dass gewisse Empfangsschaltkreise derart reagieren (also gleichzeitig Strom und Spannung sinken, und dadurch die Leistung des Stromflusses durch die Last am Empfänger), dennoch gibt es da einen Fehler: wenn der Strom durch den Detektor um 6 dB sinkt, WEIL die Lichtdichte um 6 dB sinkt, darf man natürlich nicht 6 dB + 6 dB rechnen... Dass die Leistung durch die Last am Empfänger in diesem Fall um 12 dB sinkt (1/4 Spannung, 1/4 Strom -> 1/16 Leistung = 12 dB), ist im Prinzip ein richtiges Argument, ich weiss aber nicht, wieviel das aussagt. Ich würde z.B. die Spannung mit hochohmiger Last messen, und dann wäre mir die geringere Leistung egal. (Impendanzwandlung!).
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