Das Interferenzmuster am Doppelspalt
Der Doppelspaltversuch zeigt die Wellennatur des Lichts. Licht fällt auf zwei schmale, eng benachbarte Spalte. Hinter ihnen breiten sich zwei kohärente Teilwellen aus und überlagern sich. Auf einem Schirm entsteht ein Muster aus hellen und dunklen Streifen. Hell wird es dort, wo der Wegunterschied der beiden Wellen ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist.
Für kleine Winkel liegen die hellen Streifen in gleichen Abständen. Der Streifenabstand ist das Produkt aus Wellenlänge und Schirmabstand, geteilt durch den Spaltabstand. Ein größerer Schirmabstand oder ein kleinerer Spaltabstand ziehen das Muster auseinander. Damit lässt sich umgekehrt die Wellenlänge eines Lasers mit einfachen Mitteln bestimmen.
Der Rechner gibt neben der Kleinwinkelnäherung auch die exakte Lage des gewählten Maximums an, die aus dem Beugungswinkel und dem Tangens folgt. Bei großen Ordnungen oder sehr kleinem Spaltabstand weichen beide Werte voneinander ab. Zusätzlich zeigt er die Lage des dunklen Streifens, der vor dem gewählten Maximum liegt, und die höchste mögliche Ordnung.
Versuch auswerten und Grenzen
Für eine genaue Messung zählen Sie möglichst viele Streifen ab und teilen die Gesamtstrecke durch ihre Zahl. Bei fünf Streifenabständen auf 26 Millimetern ergibt sich ein Streifenabstand von 5,2 Millimetern. Mit bekanntem Spalt- und Schirmabstand folgt daraus die Wellenlänge. Ein Schirmabstand von mehreren Metern verringert den relativen Ablesefehler.
In der Praxis sind nicht alle Ordnungen gleich hell. Jeder Einzelspalt erzeugt selbst ein Beugungsbild, das die Helligkeit der Doppelspaltstreifen wie eine Hüllkurve formt. Fällt ein Maximum des Doppelspalts auf ein Minimum des Einzelspalts, fehlt diese Ordnung. Das hängt von der Spaltbreite ab, die dieser Rechner nicht berücksichtigt. Die höchste Ordnung ist deshalb nur eine theoretische Grenze.
Die Formeln gehen auf Thomas Young zurück, der den Versuch um 1802 durchführte. Sie stehen in jedem Physiklehrbuch, etwa Tipler, Physik, oder Demtröder, Experimentalphysik 2, und sind Teil der Lehrpläne der gymnasialen Oberstufe. Die Kleinwinkelnäherung ist bei Schulversuchen mit Winkeln unter etwa fünf Grad sehr genau.
Für Versuche mit Laserpointern gilt: Nur Geräte der Klasse 1 oder 2 verwenden, nie in den Strahl blicken und Reflexionen an glänzenden Flächen vermeiden. Der Doppelspaltversuch funktioniert auch mit Elektronen und anderen Teilchen. Er ist eines der wichtigsten Experimente der Quantenphysik, weil sich das Muster selbst dann aufbaut, wenn die Teilchen einzeln nacheinander durch den Aufbau fliegen.
Tipps und typische Fehler
Interferenz messen.
- Mehrere: Streifen zählen.
- Schirm: Weit weg.
- Kleinwinkel: Meist genau.
- Laser: Klasse 2.
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Häufige Fragen
Wie berechnet man den Streifenabstand?
Wellenlänge mal Schirmabstand geteilt durch den Spaltabstand, für kleine Winkel.
Wo liegen die dunklen Streifen?
Dort, wo der Wegunterschied ein halbzahliges Vielfaches der Wellenlänge beträgt.
Warum fehlen manchmal Ordnungen?
Wenn ein Maximum mit einem Minimum der Einzelspaltbeugung zusammenfällt.
Warum braucht man kohärentes Licht?
Nur kohärente Wellen bilden ein stabiles Interferenzmuster.
Was ändert ein größerer Spaltabstand?
Die Streifen rücken enger zusammen.
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