Klasse Erklärungen. Ich hätte gerne eine andere Expertenmeinung zum Tunneleffekt. Kommt man wirklich ohne Quantenphänomene aus, oder sind diese nicht die tiefere "Ursache" oder Erklräung für Tunneleffekte?
11:26 Mit dem Finger evaneszente Lichtwellen tunneln? Theorethisch nicht ausgeschlossen. Doch dafür müsste man den Finger mikrometergenau auf Abstand zum Glas halten, ganz ruhig halten, ohne das Glas zu berühren, es müsste noch Luft zwischen Finger und Glas sein, der Abstand müsste auf die Wellenlänge abgestimmt sein und stabil bleiben. Schwierig. Ich denke, der Finger besteht aus einem optisch dichteren Material als Luft, und dadurch wird an den Berührungsstellen einfach die Totalreflexion aufgehoben, das Licht wird an diesen Stellen nicht zurück in das Glas totalreflektiert, sondern leuchtet in den Finger.
Aber die Mikrowelle sollte doch nicht auf dem Prinzip totalreflektierter Mikrometerwellen funktionieren, oder? Die Wellen wollen einfach direkt der Mikrowelle entkommen
12:04 Das Beispiel mit der Abschirmung von Mikrowellen in einem Mikrowellenofen: Die Wellen treffen hier doch nicht in einem definierten flachen Winkel auf das gelochte Abschirmblech (oder das Metallnetz) in der Ofentür. Im Ofen werden die Wellen an allen Wänden reflektiert, auch vom Metallrost gestreut, vom Gargut absorbiert, ein Durcheinander von Wellen, es gibt auch stehende Wellen, auf jeden Fall treffen die Mikrowellen in unzählig verschiedenen Winkeln auf die Abschirmung der Tür, auch senkrecht. Wie kann das dann Totalreflexion sein? Das ist doch einfach Reflexion, oder nicht?
@@jensBendig Soviel ich weiss, reflektieren alle üblichen Spiegel aufgrund ihre Metallbeschichtung, die Reflexion an Metalloberflächen wird aber nicht Totalreflexion genannt, davon hörte ich noch nie, und ich suchte vorhin nochmal danach. Elektromagnetische Wellen interagieren mit den freien Elektronen in Metallen, dem verdanken Metalle ihr gutes Reflexionsvermögen, ihren Glanz. So wie ich es verstehe, auch danach suchte ich nochmals, bedingt Totalreflexion immer ein transparentes, optisch dichteres Medium, in dem Wellen in einem genügend flachen Winkel, grösser als der Grenzwinkel, an der Grenzfläche zu einem optisch weniger dichten Medium zurück in das dichtere Medium gelenkt werden, und das mit kleinem Verlust durch Absorption im optisch weniger dichten Medium. Die Reflexion ist praktisch total, höher als bei Spiegeln jeder Art, wenn das optisch weniger dichte Medium nur eine geringe Absorption bewirkt, wie etwa Luft, deshalb zurecht die Bezeichnung Totalreflexion. Das Abschirmgitter in einem Mikrowellenofen ist für Mikrowellen nicht durchlässig, weil die Löcher im Verhältnis zur Wellenlänge der Mikrowellen zu klein sind. Die Mikrowellenenergie, die nah am Abschirmgitter gemessen werden kann, kommt von Strömen um die Löcher im leitfähigen Metall des Abschirmgitters, die von den Mikrowellen im Innern induziert werden. Nahe an der Aussenseite kann dadurch ein kleiner Teil der Mikrowellen übertragen werden. Das hat nichts mit Totalreflexion zu tun, bin ich nach wie vor überzeugt. Das hier vorgeführte Experiment mit Mikrowellensender und -empfänger und einem Prisma zeigt aber tatsächlich Totalreflexion und das Dämpfen von evaneszenten Wellen, allerdings ist der Mikrowellenstrahl in dieser Anordnung gerichtet und trifft oberhalb des Grenzwinkels auf die Grenzfläche des Prismas, das auch nicht aus einem gelochten Metallblech oder einem Metallnetz besteht, sondern üblicherweise aus Paraffin, Kunststoff oder einem Kunststoffhohlkörper mit Quarzsandfüllung. Die Durchdringung einer Abschirmung eines Mikrowellenofens und die Totalreflexion von Mikrowellen an der Grenzfläche eines Dielektrikums sind zwei verschiedene Sachverhalte, da bin ich mir sehr sicher.
@@jensBendig Ja, tatsächlich, ich habe eben gefunden, dass die Wellen nahe den Öffnungen in einer für die elektromagnetischen Wellen eigentlich undurchdringlichen Abschirmung evaneszente Wellen sind, also auch im Beispiel mit der Mikrowellentürabschirmung. Trotzdem bin ich immer noch der Meinung, in Mikrowellenöfen tritt keine Totalreflexion, sondern Reflexion auf, zugegeben auch mit evaneszenten Wellen hinter der gelochten Abschirmung. Beim Mikrowellen-Totalreflexionsexperiment gehen die Mikrowellen oberhalb des Grenzwinkels durch ein Dielektrikum (Paraffin, Kunststoff oder Quarzsandfüllung) und werden an der Grenzschicht des Dielektrikums zur Luft totalreflektiert. Dagegen werden beim Mikrowellenofen die Mikrowellen in allen möglichen Winkeln an einem leitenden Abschirmmaterial (Stahlblech und gelochtes Blech) reflektiert, an ungelochtem und gelochtem Blech gleichermassen. Das sind doch nicht dieselben Vorgänge.
@@jensBendig Nun, wenn das das Gleiche ist, wieso gibt es den einen Begriff Reflexion und den anderen Begriff Totalreflexion? Wenn Herr Haupt diese beiden Phänomene als eigentlich das Gleiche auffasst, warum sagt er das nicht? Ich verstehe bloss, dass er sagt, die Bezeichnung Totalreflexion stimme so nicht ganz, weil sie nicht wirklich total sei, nicht hundertprozentig. Das stimmt. Das ist wegen minimaler Absorption auch im optisch weniger dichten Medium, in das die evaneszenten Wellen einige Wellenlängen lang eindringen, und natürlich auch wegen der Absorption im optisch dichteren Medium, etwa in einem Prisma. Trotzdem entstehen bei einer Totalreflexion nur extrem kleine Verluste, weit geringer als bei einer Reflexion an den höchstreflektierenden Materialien, weshalb man in der Optik oft totalreflektierende Prismen anstelle metallbeschichteter Spiegel einsetzt. Die Verluste bei totalreflektierenden Prismen entstehen hauptsächlich durch die Reflexion beim senkrechten Eintritt des Lichtes an der Oberfläche des Prismas, nicht bei der Totalreflexion an der Grenzfläche. Ich denke, Herr Haupt irrt sich hier wohl, wenn er die Reflexion an einem Mikrowellenofen-Abschirmgitter Totalreflexion nennt, getäuscht durch die evaneszenten Wellen, die sowohl beim Mikrowellen-Totalreflexionsexperiment an der Grenzfläche eines Dielektrikums, als auch beim Mikrowellenofen-Abschirmgitter auftreten. Bei allem Respekt, jeder kann sich mal irren, ich selbstverständlich auch. Herr Haupt sagt nicht, jedenfalls für mein Verständnis nicht, alle Reflexionen seien gleich, ob an Grenzflächen transparenter Medien unterschiedlicher Dichte oberhalb des Grenzwinkels, oder an Oberflächen von Dielektrika, oder an Oberflächen von Metallen. Auch wenn das „nur Effekte“ sein sollten, so wären es immer noch unterschiedliche, zu unterscheidende Effekte. Ein Apfel ist nicht eine Birne, obschon beide Kernobst sind.
@@jensBendig Ja, ich lasse es gut sein... Aber dass ich mich nicht bemühte, zu verstehen und meine Auffassung zu erklären, weise ich zurück. Und ich poche ausdrücklich auf der Verschiedenheit von Äpfeln und Birnen.
Auf der ersten Folie die Brechung: Wenn das Licht das Prisma trifft wird es nach unten gebrochen. Wenn das Licht das Prisma verlässt wird es wieder nach unten gebrochen? Müsste der Lichtstrahl nicht wieder die ursprüngliche Richtung aufnehmen und nach oben gebrochen werden?
Rein ins Glas, Brechung hin zum Lot, raus aus dem Glas, vom Lot weg. Passt Lot ist immer die Senkrechte zur Oberfläche. Und hin oder weg in Bewegungsrichtung. Da wir ganz andere Winkel haben als auf der Folie mit dem Glas, wird es zweimal in die selbe Richtung gebrochen, währen die Oberflächen parallel hättest du recht.
Apropos Reflexion: Was passiert auf molekularer oder atomarer Ebene, wenn Lichtstrahlen (bzw. ein Lichtquant) auf einen Spiegel treffen? Habe das schon so oft gegoogelt, aber nichts gefunden. Normalerweise ist es so, wenn ein Photon auf ein Atom trifft, dass Elektronen auf eine höre Bahn (Lichtquanten-Energie muss der Elektronenbahn-Energiedifferenz entsprechen) angehoben werden. Nach einer sehr kurzen Zeit fallen sie wieder herunter und geben das Photon in eine zufällige Richtung ab. Wie kommt es also dazu, dass ein Effekt auftritt, wie man ihn von der Mechanik her kennt? Eintrittswinkel gleich Austrittswinkel.
das ergibt sich aus einem grundlegenden Prinzip der Natur: Das Prinzip der kleinsten Wirkung Auf Bahnen, die dem Reflexionsgesetz gehorchen, ist die Wirkung minimal. Das gilt für Kugeln und Lichtwellen und allem ...
Schöner Beitrag👍
Die Fata Morgana als Anwendung, klasse!
Dieser Effekt wird in bestimmten Formen der Mikroskopie (TIRF) auch genutzt 😎
Klasse Erklärungen. Ich hätte gerne eine andere Expertenmeinung zum Tunneleffekt. Kommt man wirklich ohne Quantenphänomene aus, oder sind diese nicht die tiefere "Ursache" oder Erklräung für Tunneleffekte?
11:26 Mit dem Finger evaneszente Lichtwellen tunneln? Theorethisch nicht ausgeschlossen. Doch dafür müsste man den Finger mikrometergenau auf Abstand zum Glas halten, ganz ruhig halten, ohne das Glas zu berühren, es müsste noch Luft zwischen Finger und Glas sein, der Abstand müsste auf die Wellenlänge abgestimmt sein und stabil bleiben. Schwierig. Ich denke, der Finger besteht aus einem optisch dichteren Material als Luft, und dadurch wird an den Berührungsstellen einfach die Totalreflexion aufgehoben, das Licht wird an diesen Stellen nicht zurück in das Glas totalreflektiert, sondern leuchtet in den Finger.
Aber die Mikrowelle sollte doch nicht auf dem Prinzip totalreflektierter Mikrometerwellen funktionieren, oder? Die Wellen wollen einfach direkt der Mikrowelle entkommen
12:04 Das Beispiel mit der Abschirmung von Mikrowellen in einem Mikrowellenofen: Die Wellen treffen hier doch nicht in einem definierten flachen Winkel auf das gelochte Abschirmblech (oder das Metallnetz) in der Ofentür. Im Ofen werden die Wellen an allen Wänden reflektiert, auch vom Metallrost gestreut, vom Gargut absorbiert, ein Durcheinander von Wellen, es gibt auch stehende Wellen, auf jeden Fall treffen die Mikrowellen in unzählig verschiedenen Winkeln auf die Abschirmung der Tür, auch senkrecht. Wie kann das dann Totalreflexion sein? Das ist doch einfach Reflexion, oder nicht?
@@jensBendig Soviel ich weiss, reflektieren alle üblichen Spiegel aufgrund ihre Metallbeschichtung, die Reflexion an Metalloberflächen wird aber nicht Totalreflexion genannt, davon hörte ich noch nie, und ich suchte vorhin nochmal danach. Elektromagnetische Wellen interagieren mit den freien Elektronen in Metallen, dem verdanken Metalle ihr gutes Reflexionsvermögen, ihren Glanz.
So wie ich es verstehe, auch danach suchte ich nochmals, bedingt Totalreflexion immer ein transparentes, optisch dichteres Medium, in dem Wellen in einem genügend flachen Winkel, grösser als der Grenzwinkel, an der Grenzfläche zu einem optisch weniger dichten Medium zurück in das dichtere Medium gelenkt werden, und das mit kleinem Verlust durch Absorption im optisch weniger dichten Medium. Die Reflexion ist praktisch total, höher als bei Spiegeln jeder Art, wenn das optisch weniger dichte Medium nur eine geringe Absorption bewirkt, wie etwa Luft, deshalb zurecht die Bezeichnung Totalreflexion.
Das Abschirmgitter in einem Mikrowellenofen ist für Mikrowellen nicht durchlässig, weil die Löcher im Verhältnis zur Wellenlänge der Mikrowellen zu klein sind. Die Mikrowellenenergie, die nah am Abschirmgitter gemessen werden kann, kommt von Strömen um die Löcher im leitfähigen Metall des Abschirmgitters, die von den Mikrowellen im Innern induziert werden. Nahe an der Aussenseite kann dadurch ein kleiner Teil der Mikrowellen übertragen werden. Das hat nichts mit Totalreflexion zu tun, bin ich nach wie vor überzeugt.
Das hier vorgeführte Experiment mit Mikrowellensender und -empfänger und einem Prisma zeigt aber tatsächlich Totalreflexion und das Dämpfen von evaneszenten Wellen, allerdings ist der Mikrowellenstrahl in dieser Anordnung gerichtet und trifft oberhalb des Grenzwinkels auf die Grenzfläche des Prismas, das auch nicht aus einem gelochten Metallblech oder einem Metallnetz besteht, sondern üblicherweise aus Paraffin, Kunststoff oder einem Kunststoffhohlkörper mit Quarzsandfüllung.
Die Durchdringung einer Abschirmung eines Mikrowellenofens und die Totalreflexion von Mikrowellen an der Grenzfläche eines Dielektrikums sind zwei verschiedene Sachverhalte, da bin ich mir sehr sicher.
@@jensBendig Ja, tatsächlich, ich habe eben gefunden, dass die Wellen nahe den Öffnungen in einer für die elektromagnetischen Wellen eigentlich undurchdringlichen Abschirmung evaneszente Wellen sind, also auch im Beispiel mit der Mikrowellentürabschirmung. Trotzdem bin ich immer noch der Meinung, in Mikrowellenöfen tritt keine Totalreflexion, sondern Reflexion auf, zugegeben auch mit evaneszenten Wellen hinter der gelochten Abschirmung.
Beim Mikrowellen-Totalreflexionsexperiment gehen die Mikrowellen oberhalb des Grenzwinkels durch ein Dielektrikum (Paraffin, Kunststoff oder Quarzsandfüllung) und werden an der Grenzschicht des Dielektrikums zur Luft totalreflektiert. Dagegen werden beim Mikrowellenofen die Mikrowellen in allen möglichen Winkeln an einem leitenden Abschirmmaterial (Stahlblech und gelochtes Blech) reflektiert, an ungelochtem und gelochtem Blech gleichermassen. Das sind doch nicht dieselben Vorgänge.
@@jensBendig Nun, wenn das das Gleiche ist, wieso gibt es den einen Begriff Reflexion und den anderen Begriff Totalreflexion? Wenn Herr Haupt diese beiden Phänomene als eigentlich das Gleiche auffasst, warum sagt er das nicht? Ich verstehe bloss, dass er sagt, die Bezeichnung Totalreflexion stimme so nicht ganz, weil sie nicht wirklich total sei, nicht hundertprozentig. Das stimmt. Das ist wegen minimaler Absorption auch im optisch weniger dichten Medium, in das die evaneszenten Wellen einige Wellenlängen lang eindringen, und natürlich auch wegen der Absorption im optisch dichteren Medium, etwa in einem Prisma. Trotzdem entstehen bei einer Totalreflexion nur extrem kleine Verluste, weit geringer als bei einer Reflexion an den höchstreflektierenden Materialien, weshalb man in der Optik oft totalreflektierende Prismen anstelle metallbeschichteter Spiegel einsetzt. Die Verluste bei totalreflektierenden Prismen entstehen hauptsächlich durch die Reflexion beim senkrechten Eintritt des Lichtes an der Oberfläche des Prismas, nicht bei der Totalreflexion an der Grenzfläche.
Ich denke, Herr Haupt irrt sich hier wohl, wenn er die Reflexion an einem Mikrowellenofen-Abschirmgitter Totalreflexion nennt, getäuscht durch die evaneszenten Wellen, die sowohl beim Mikrowellen-Totalreflexionsexperiment an der Grenzfläche eines Dielektrikums, als auch beim Mikrowellenofen-Abschirmgitter auftreten. Bei allem Respekt, jeder kann sich mal irren, ich selbstverständlich auch.
Herr Haupt sagt nicht, jedenfalls für mein Verständnis nicht, alle Reflexionen seien gleich, ob an Grenzflächen transparenter Medien unterschiedlicher Dichte oberhalb des Grenzwinkels, oder an Oberflächen von Dielektrika, oder an Oberflächen von Metallen. Auch wenn das „nur Effekte“ sein sollten, so wären es immer noch unterschiedliche, zu unterscheidende Effekte. Ein Apfel ist nicht eine Birne, obschon beide Kernobst sind.
@@jensBendig Ja, ich lasse es gut sein... Aber dass ich mich nicht bemühte, zu verstehen und meine Auffassung zu erklären, weise ich zurück. Und ich poche ausdrücklich auf der Verschiedenheit von Äpfeln und Birnen.
Auf der ersten Folie die Brechung: Wenn das Licht das Prisma trifft wird es nach unten gebrochen. Wenn das Licht das Prisma verlässt wird es wieder nach unten gebrochen? Müsste der Lichtstrahl nicht wieder die ursprüngliche Richtung aufnehmen und nach oben gebrochen werden?
Rein ins Glas, Brechung hin zum Lot, raus aus dem Glas, vom Lot weg. Passt Lot ist immer die Senkrechte zur Oberfläche. Und hin oder weg in Bewegungsrichtung. Da wir ganz andere Winkel haben als auf der Folie mit dem Glas, wird es zweimal in die selbe Richtung gebrochen, währen die Oberflächen parallel hättest du recht.
Apropos Reflexion:
Was passiert auf molekularer oder atomarer Ebene, wenn Lichtstrahlen (bzw. ein Lichtquant) auf einen Spiegel treffen? Habe das schon so oft gegoogelt, aber nichts gefunden.
Normalerweise ist es so, wenn ein Photon auf ein Atom trifft, dass Elektronen auf eine höre Bahn (Lichtquanten-Energie muss der Elektronenbahn-Energiedifferenz entsprechen) angehoben werden. Nach einer sehr kurzen Zeit fallen sie wieder herunter und geben das Photon in eine zufällige Richtung ab.
Wie kommt es also dazu, dass ein Effekt auftritt, wie man ihn von der Mechanik her kennt? Eintrittswinkel gleich Austrittswinkel.
das ergibt sich aus einem grundlegenden Prinzip der Natur: Das Prinzip der kleinsten Wirkung
Auf Bahnen, die dem Reflexionsgesetz gehorchen, ist die Wirkung minimal. Das gilt für Kugeln und Lichtwellen und allem ...