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Aus Maxwells Theorie folgt:
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen ergibt sich durch
,
was im Vakuum c = 2,99792458 · 108 m/s ergibt.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht wurde in den letzten 400 Jahren immer exakter bestimmt:
 | Galileo Galilei (Italien, ca. 1600) untersuchte die
endliche Lichtgeschwindigkeit, indem er auf einem Berg eine Laterne öffnete,
auf einem zweiten Berg von einem Gehilfen die zweite Laterne öffnen ließ,
wenn dort das Licht von der ersten ankam und so auf dem ersten Berg eine
Zeitverzögerung feststellen wollte - er scheiterte, da er die für die
Messung notwendigen präzisen Zeitmesser bzw. großen Entfernungen nicht zur
Verfügung hatte.
| Ole Roemer (Dänemark, 1675) machte sich die großen
Entfernungen in der Astronomie zunutze, um durch die Veränderung der
Umlaufdauer eines Juppitermondes die Lichtgeschwindigkeit zu ungefähr 200 000
km/s zu bestimmen. Diese immense Geschwindigkeit stieß bei seinen
Zeitgenossen auf vollständiges Unverständnis.
| James Bradley (England, 1728) entdeckte die Aberration des
Lichtes - die Fixsterne führen im Lauf eines Jahres eine kleine elliptische
Bewegung durch (vgl. Regentropfen und fahrendes Auto), auf Grund derer er
einen noch genaueren Wert der Lichtgeschwindigkeit errechnen konnte.
| Hippolyte Fizeau (Frankreich, 1849) konnte mithilfe eines
sich schnell drehenden Zahnrades sehr kurze Zeiten messen, in denen das Licht
durch eine Lücke auf einen in 9 km entfernten Spiegel fällt, dort
reflektiert wird und durch die nächste Lücke des Zahnrades wieder eintritt.
| Jean Foucault (Frankreich, 1849) nutze den Zusammenhang
zwischen Ablenkwinkel und Lichtgeschwindigkeit, um mithilfe eines schnell
drehenden Spiegels den Wert auf ca. 300 000 km/s bestimmen zu können. (Diesen
Versuch können wir auch am Kolleg durchführen!) | |
Heute ist die Lichtgeschwindigkeit die am genauesten experimentell bestimmte Naturkonstante: c = 299 792 458 m/s
(Ihr Wert wird genutzt, um umgekehrt die Einheit Meter zu definieren - früher leistete dies das Urmeter.)
Die Übereinstimmung mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen deutet schon darauf hin, dass Licht ein elektromagnetische Welle ist. Weitere Indizien erhärten die Hypothese, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist: wir können dieselben Phänomene wie bei Mikrowellen beobachten:
| Reflexion: Einfallswinkel = Ausfallswinkel
| Brechungsgesetz (s. u.; wir verwenden das aus dem Huygenssche Prinzip
erhaltene Ergebnis)
| Durchdringen ohne Störung
| Interferenz (siehe 2.) | |
Um die Lichtgeschwindigkeit
in einem Medium bestimmen zu können, macht man sich das Brechungsgesetz zunutze:
Bem. 1: Im Medium ist die Lichtgeschwindigkeit stets kleiner als im
Vakuum!
Grund: Vom Vakuum zum Medium wird immer zum Lot hin gebrochen. Kleinerer
Winkel bedeutet aber auch kleinere Geschwindigkeit.
Bem. 2: n » Öer gilt hier nur in einem erweiterten Sinn: er ist nämlich frequenzabhängig. Dies bezeichnet man auch als Dispersion. Zum Beispiel haben wir aus den Versuchen der Elektrostatik für Wasser er, » 81 erhalten, aus den Brechungsversuchen mit Licht ergibt sich aber ungefähr 1,7.
Folgerung: Da die verschiedenen Farben des Lichtes unterschiedlich stark gebrochen werden - weißes Licht wird durch ein Glasprisma in ein Spektrum aufgespalten - ist die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium von der Farbe abhängig. Außerdem deutet dies auf einen Zusammenhang zwischen den verschiedenen Farben und unterschiedlichen Frequenzen der em. Welle hin.
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