| Autor |
Nachricht |
razer
Anmeldungsdatum: 25.03.2005
Beiträge: 58
Wohnort: austria
|
 razer Verfasst am: 29. Okt 2006 07:55 Titel: Optische Spektroskopie |
 |
|
HI
a) Durch welche beiden (prinzipiell verschiedenen) Methoden kann Licht spektral zerlegt werden und welche Arten von Spektrographen ergeben sich daraus? Wie hängt in beiden Fällen die Dispersion (Å/mm) von der Wellenlänge ab?
b) Durch welchen physikalischen Effekt wird (auch bei beliebig engem Eintrittsspalt) das Auflösungsvermögen eines Spektrographen begrenzt?
zu a) Gitter- und Prismen-Spektrograph.
Dispersion ist doch die Abhängigkeit der Frequenz von der Wellenlänge oder?
Da versteh ich die Frage jetzt nicht ganz:Wie hängt die Dispersion von der Wellenlänge ab?!
zu b)Nunja wegen der Wellennatur des Lichtes ist die Auflösung durch die Beugung begrenzt.Was sagt ihr dazu?
MfG
_________________
"Nur der Dumme braucht Ordnung, das Genie überblickt das Chaos!"
- Albert Einstein - |
|
 |
Schrödingers Katze
Anmeldungsdatum: 10.07.2005
Beiträge: 695
Wohnort: Leipzig
|
| Schrödingers Katze Verfasst am: 29. Okt 2006 10:55 Titel: |
|
|
Zu dem physikalischem Effekt der Begrenzung des Auflösungsvermögens eventuell die Überlagerung von Spektren?
Als Abhängigkeit würde ich einfach mal die Gleichungen aufstellen, vllt die gesamte Spektrumsbreite in Abhängigkeit zu den Wellenlängengrenzen, und entsprechend je nach Art Brechzahl/ Winkel bzw. Gitterkonstante/ Schirmentfernung.
Was meinst du mit Begrenzung durch Beugung? Die Beugung ist doch Vorraussetzung, dass sich die einzelnen Wellenlängen voneinander trennen.
_________________
Masse: m=4kg
Trägheitsmoment: J=  |
|
|
razer
Anmeldungsdatum: 25.03.2005
Beiträge: 58
Wohnort: austria
|
| razer Verfasst am: 29. Okt 2006 11:12 Titel: |
|
|
ja stimmt, hab da was verwechselt (das auflösungsvermögen optischer instrumente ist durch beugung begrenzt)
ja das stimmt,aber spektren überlagern sich doch immer oder?ganz scharfe grenzen gibt es da ja nicht,also wie soll ich da ein auflösungsvermögen definieren?aber bei genauerer betrachtung der frage könnte es schon stimmen...hmm 
und leider finde ich so ne formel nicht.hab zZ nur den demtröder 3 und in meiner fragensamlung zur atomphysik kommt seltsamerweise so ne optik frage.....
mfg
_________________
"Nur der Dumme braucht Ordnung, das Genie überblickt das Chaos!"
- Albert Einstein - |
|
|
razer
Anmeldungsdatum: 25.03.2005
Beiträge: 58
Wohnort: austria
|
| razer Verfasst am: 29. Okt 2006 11:20 Titel: |
|
|
ahhh: bei der spektralanalysie senden atome keine gänzlich monochromatische strahlung aus,was das auflösungsvermögen begrenzt.
das ist irgendwie klar.gänzlich monochromatisch kann die welle nicht sein,da es wechselwirkungen der atome untereinander,kinetische energie der elektronen etc gibt.
nur die frage b wurmt mich noch
_________________
"Nur der Dumme braucht Ordnung, das Genie überblickt das Chaos!"
- Albert Einstein - |
|
|
as_string
Moderator
Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5786
Wohnort: Heidelberg
|
| as_string Verfasst am: 29. Okt 2006 11:38 Titel: |
|
|
Hallo!
Also ich finde diese Frage auch irgendwie seltsam. Normalerweise versteht man unter Dispersion z. B.
}{\mathrm{d}k})
in der Optik auch gerne:
}{\mathrm{d}\lambda})
mit dem wellenlängenabhängigen Brechungsindex n.
Aber ich glaube, dass das nicht so ganz eindeutig definiert ist (oder doch?). Das könnte man dann natürlich schon so verstehen, dass nach dem Wert der Ableitung bei einem bestimmten  gefragt ist.
Aber weil das Licht zumindest bei dem Gitter-Gerät doch die ganze Zeit in Luft ist und die Frage beim Prisma auch nicht so richtig Sinn macht, glaube ich eher, dass damit die Ablenkung in Abhängigkeit der Wellenlänge gedacht ist. Kann sein, dass man das bei Spektrometern dann auch "Dispersion" nennt. Also die Frage, wie groß:
}{\mathrm{d}\lambda})
ist, wobei x die Ablenkung sein soll. Das würde mir bei der Aufgabe irgendwie als logischer erscheinen, habe das Wort "Dispersion" in diesem Zusammenhang aber auch noch nicht gehört.
Zum Auflösungsvermögen: Wenn es um Atomphysik geht, dann soll es hier vielleicht auf so Dinge wie Dopplerverbreiterung und natürliche Linienverbreiterung hinaus laufen? Keine Ahnung... Mir fällt jetzt zumindest keine Idee ein, wodurch das Auflösungsvermögen eines Spektrometers prinzipiell beschränkt sein könnte. Muss mal schauen, ob ich da was finden kann.
//Edit: Vielleicht doch ein paar Gedanken:
Bei einem Gitter wird das Spektrum ja umso schärfer, je mehr Gitter-Spalten "benutzt" werden. Diese Anzahl ist aber begrenzt durch die breite des Lichtstrahles und auch durch die Kohärenz des ankommenden Lichtes denke ich. Bei einem Einzelspalt ist das natürlich noch extremer. Da schmiert ja eine Linie so wie so schon über einen bestimmten Bereich aus, so dass eng benachbarte Wellenlängen wahrscheinlich nicht mehr auflösbar sind, egal wie schmal man den Spalt macht. Das würde dem Fragen-Text noch am ehesten entsprechen.
Vielleicht sollst Du Dir da auch was mit der Orts-Impuls-Unschärfe überlegen. Immerhin misst man einen Ort auf dem Schirm und versucht damit auch den Impuls des Photons zu messen, oder so. Aber das müsste ich mir auch erst noch genauer überlegen.
Gruß
Marco |
|
|
razer
Anmeldungsdatum: 25.03.2005
Beiträge: 58
Wohnort: austria
|
| razer Verfasst am: 29. Okt 2006 12:39 Titel: |
|
|
zum auflösungsvermögen:
die spektrallinien sind nicht unendlich scharf,sondern zeigen eine intensitätsverteilung I(lambda) mit endlicher breite. das bedeutet,dass die atome keine streng monochromatische strahlung aussenden.
die gründe dafür sind die von dir genannte doppler verschiebung wegen thermischer bewegung oder wechselwirkungen mit nachbaratomen.so stehts im demtröder.das heißt das auflösungsvermögen jedes gitters ist unabhängig vom aufbau des gitters dahingehend begrenzt,dass die von atomen emittierte strahlung nicht monochromatisch ist.
jetzt steht aber an ner anderen stelle auch:
das spektrale auflösungsvermögen ist:
lambda/(delta lambdamin)
delta lambdamin ist der minimalabstand,den zwei wellenlängen haben dürfen, um noch auflösbar zu sein-sprich als getrennte linien wargenommen zu werden.
das mit dem monochromatischen ist aber irgendwie handfester finde ich
zur dispersion:im demtröder wird dx/dlambda als spektrale dispersion bezeichnet.hilft mir aber auch nicht weiter...kann es sein,dass die frage dumm formuliert wurde?
mfg
_________________
"Nur der Dumme braucht Ordnung, das Genie überblickt das Chaos!"
- Albert Einstein - |
|
|
dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
|
| dermarkus Verfasst am: 29. Okt 2006 13:17 Titel: Re: Optische Spektroskopie |
|
|
| razer hat Folgendes geschrieben: |
zu a) Gitter- und Prismen-Spektrograph.
|
Einverstanden Also einmal Trennung der verschiedenen Lichtfarben durch Beugung am Mehrfachspalt (Gitter), und einmal durch Brechung z.B. an Glas (Prisma)
In beiden Fällen wird Licht unterschiedlicher Farbe im Spektrograph unterschiedlich stark abgelenkt, so dass die Farben getrennt werden.
Wie gut der Spektrograph die Farben trennen kann, das sagt die Dispersion. Wenn man diese Dispersion in Angström pro Millimeter angibt, dann bedeutet das den Wellenlängenunterschied geteilt durch den zugehörigen Abstand x auf dem Schirm (oder am Austrittsspalt).
Und die Frage, die die Aufgabe stellt, läuft also darauf hinaus: Was wird vom Gitter- bzw- Prismenspektrographen deutlicher getrennt: kurzwelliges Licht oder langwelliges Licht? Wo ist der Abstand x pro Wellenlängenunterschied größer?
| Zitat: |
zu b)Nunja wegen der Wellennatur des Lichtes ist die Auflösung durch die Beugung begrenzt.Was sagt ihr dazu?
|
Einverstanden, und zwar konkret: durch Beugung am Einzelspalt, nämlich am Eintrittsspalt des Spektrographen. Denn:
Ist der Eintrittsspalt groß, dann durchläuft nicht nur die gewünschte Farbe den Spektrographen bis zum Austrittsspalt oder zum Punkt auf dem Schirm, sondern auch andere Farben daneben, deren Lichtstrahlen an der Seite des Eintrittspaltes eindringen und trotzdem genau dieselbe Stelle auf dem Schirm bzw, ebenso den Austrittsspalt erreichen.
Also macht man den Eintrittsspalt so klein wie möglich, um diese überlappenden "Nachbarfarben-Strahlen" auszublenden.
Macht man den Eintrittsspalt allerdings zu klein, dann tritt merkliche Beugung am Einzelspalt auf, und es kommt nun nach dem Eintrittsspalt zu schiefen Lichtstrahlen unerwünschter benachbarter Farben, die nun wieder, weil sie schief verlaufen, ebenfalls auf den Punkt der eigentlich gewünschten Farbe abgebildet werden. Und dann kann man diese Nachbarfarben nicht von der gewünschten Wellenlänge unterschieden, man kann den zugehörigen Wellenlängenunterschied also mit dem Spektrographen dann nicht auflösen.
----------------
Das mit der atomaren Linienbreite ist eine ganz andere Frage: Nämlich eine Frage der Lichterzeugung, nicht der Lichtmessung. Die Art der Erzeugung des Lichtes, das man als parallelen Strahl in den Spektrographen schickt, hat nichts mit der Auflösung des Spektrographen zu tun.
Zuletzt bearbeitet von dermarkus am 29. Okt 2006 13:55, insgesamt 2-mal bearbeitet |
|
|
as_string
Moderator
Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5786
Wohnort: Heidelberg
|
| as_string Verfasst am: 29. Okt 2006 13:20 Titel: |
|
|
| razer hat Folgendes geschrieben: | | kann es sein,dass die frage dumm formuliert wurde? |
Das ist sie auf jeden Fall!
Ich glaube, dass das mit dem Auflösungsvermögen sich wirklich auf das Auflösungsvermögen des Spektrometers bezieht. Das heißt, es hat nichts mehr mit Doppler-, Stoßverbreiterung oder natürlicher Linienbreite zu tun. Ich verstehe das so, dass man annehmen soll, dass ein bestimmtes Spektrum ankommt und dann eben dieses Spektrum aufgelöst wird. Ob da scharfe Linien reinkommen oder nicht, hat dann aber mit der Auflösung des eigentlichen Spektrometers nichts mehr zu tun.
Die Frage ist jetzt, wie Du  bestimmen kannst. Ich denke wirklich, dass das beim Gitter z. B. irgendwie über Orts-Impuls-Unschärfe gehen könnte, bin mir aber nicht so ganz sicher, wie das wirklich gemeint ist.
Die Definition der Dispersion habe ich dann ja richtig erraten. Was Du da jetzt aber genau rechnen kannst, weiß ich auch nicht. Vielleicht geht es irgendwie auch darum, dass der Spalt ja nicht beliebig klein sein kann, weil sonst bald überhaupt kein Licht mehr durch kommt. Aber wenn man ein Gitter nimmt, wird das ja auch wieder anders sein.
Also ich weiß wirklich nicht, was man bei der Aufgabe jetzt genau machen soll...
Gruß
Marco |
|
|
razer
Anmeldungsdatum: 25.03.2005
Beiträge: 58
Wohnort: austria
|
| razer Verfasst am: 29. Okt 2006 15:43 Titel: Re: Optische Spektroskopie |
|
|
| dermarkus hat Folgendes geschrieben: | | razer hat Folgendes geschrieben: |
zu a) Gitter- und Prismen-Spektrograph.
|
Einverstanden Also einmal Trennung der verschiedenen Lichtfarben durch Beugung am Mehrfachspalt (Gitter), und einmal durch Brechung z.B. an Glas (Prisma)
In beiden Fällen wird Licht unterschiedlicher Farbe im Spektrograph unterschiedlich stark abgelenkt, so dass die Farben getrennt werden.
Wie gut der Spektrograph die Farben trennen kann, das sagt die Dispersion. Wenn man diese Dispersion in Angström pro Millimeter angibt, dann bedeutet das den Wellenlängenunterschied geteilt durch den zugehörigen Abstand x auf dem Schirm (oder am Austrittsspalt).
Und die Frage, die die Aufgabe stellt, läuft also darauf hinaus: Was wird vom Gitter- bzw- Prismenspektrographen deutlicher getrennt: kurzwelliges Licht oder langwelliges Licht? Wo ist der Abstand x pro Wellenlängenunterschied größer? |
Naja ok,das hört sich vernünftig an.Nur was kann ich da antworten?umso größer die wellenlänge des lichtes,desto größer die dispersion?das kann ja nicht alles sein,schließlich ekennt das jeder anhand der gegebenen einheiten....
| Zitat: |
| dermarkus hat Folgendes geschrieben: |
zu b)Nunja wegen der Wellennatur des Lichtes ist die Auflösung durch die Beugung begrenzt.Was sagt ihr dazu?
|
Einverstanden, und zwar konkret: durch Beugung am Einzelspalt, nämlich am Eintrittsspalt des Spektrographen. Denn:
Ist der Eintrittsspalt groß, dann durchläuft nicht nur die gewünschte Farbe den Spektrographen bis zum Austrittsspalt oder zum Punkt auf dem Schirm, sondern auch andere Farben daneben, deren Lichtstrahlen an der Seite des Eintrittspaltes eindringen und trotzdem genau dieselbe Stelle auf dem Schirm bzw, ebenso den Austrittsspalt erreichen.
Macht man den Eintrittsspalt allerdings zu klein, dann tritt merkliche Beugung am Einzelspalt auf, und es kommt nun nach dem Eintrittsspalt zu schiefen Lichtstrahlen unerwünschter benachbarter Farben, die nun wieder, weil sie schief verlaufen, ebenfalls auf den Punkt der eigentlich gewünschten Farbe abgebildet werden. Und dann kann man diese Nachbarfarben nicht von der gewünschten Wellenlänge unterschieden, man kann den zugehörigen Wellenlängenunterschied also mit dem Spektrographen dann nicht auflösen.
----------------
Das mit der atomaren Linienbreite ist eine ganz andere Frage: Nämlich eine Frage der Lichterzeugung, nicht der Lichtmessung. Die Art der Erzeugung des Lichtes, das man als parallelen Strahl in den Spektrographen schickt, hat nichts mit der Auflösung des Spektrographen zu tun. |
ok das bedeutet also,dass mein eintrittsspalt genau groß genung sein muss,dass keine beugung aufrtitt,aber auch klein genung,damit nur die von mir gewünschte wellenlänge hindurchkommt?
ad atomare linienbreite: im prinzip geht es ja um atomphysik.ob ich jetzt sonnenlicht in meinen spalt einfallen lasse oder eben ein atom anrege,dessen emittiertes licht ich dann spektral zerlege,spielt ja keine rolle....bei emittierten licht angeregter atome jedenfalls besteht eine auflösungsgrenze dahingehend,dass ich eben keine unendliche schärfe habe.und damit habe ich eine auflösungsgrenze gefunden,die im gegensatz zu deiner (spaltbreite!) unabhängig vom spektographen is,so wie das die aufgabenstellung verlangt.
was meinst du dazu?
mfg
_________________
"Nur der Dumme braucht Ordnung, das Genie überblickt das Chaos!"
- Albert Einstein - |
|
|
dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
|
| dermarkus Verfasst am: 29. Okt 2006 16:01 Titel: Re: Optische Spektroskopie |
|
|
| razer hat Folgendes geschrieben: | Nur was kann ich da antworten?umso größer die wellenlänge des lichtes,desto größer die dispersion?das kann ja nicht alles sein,schließlich ekennt das jeder anhand der gegebenen einheiten....
|
Die Antwort könnte zum Beispiel lauten: Für größere Wellenlängen ist die Dispersion größer.
Oder sie könnte lauten: Für kleinere Wellenlängen ist die Dispersion größer.
Welches von beiden stimmt denn? Ich denke, das zu überlegen und herauszufinden, ist hier Sinn der Aufgabe!
Oder kannst du sogar mit den Formeln für die Beugung am Gitter und mit den Formeln für die Brechung am Prismenspektrograph zeigen, wie sich das verhält? Wenn du diese Formeln schon kennst, dann sollst du das wohl für die Lösung dieser Aufgabe verwenden.
| Zitat: |
ok das bedeutet also,dass mein eintrittsspalt genau groß genung sein muss,dass keine beugung aufrtitt,aber auch klein genung,damit nur die von mir gewünschte wellenlänge hindurchkommt?
|
Natürlich tritt immer ein kleines bisschen Beugung am Einzelspalt auf, und es kommt immer mehr als nur genau eine Wellenlänge durch, aber ich glaube, du meinst das richtige.
----------
Die atomare Linienbreite ist eine Linienbreite bei der Emission, aber die Auflösung ist eine "Linienbreite" bei der Detektion. Das darf man nicht durcheinanderbringen, denn das eine ist eine Eigenschaft der Lichtquelle, und das andere ist eine Eigenschaft deines Messapparates.
Den Begriff Auflösungsgrenze verwendet man also gar nicht für Emissionsvorgänge. |
|
|
razer
Anmeldungsdatum: 25.03.2005
Beiträge: 58
Wohnort: austria
|
| razer Verfasst am: 29. Okt 2006 16:25 Titel: |
|
|
also mein verstand sagt mir,dass umso kleiner die wellenlänge ist, umso größer die ablenkung ist.das heißt,dass der zähler größer wird und der nenner kleiner.
andrerseits kann ich aber eine schärfere auflösung erhalten,wenn mehrere wellenfronten an den beugungsspalt kommen,also die wellenlänge kleiner wird.
irgendwie ein widerspruch oder?im demtröder jedenfalls ist die dispersion als dx/dlambda definiert was in widerspruch zu angström/mm steht..vl liegt da der hund begraben gg?
hmm irgendwie mag ich dir bei der zweiten frage nicht so ganz glauben:)
schon klar,dass das von mir angesprochene ein emissionsspektrum ist.nur genau das will ich ja untersuchen.wie soll ich es also noch höher auflösen,wenn diesem emissionsspektrum per se eine auflösungsgrenze mit auf den weg gegeben wird?
mfg
_________________
"Nur der Dumme braucht Ordnung, das Genie überblickt das Chaos!"
- Albert Einstein - |
|
|
dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
|
| dermarkus Verfasst am: 29. Okt 2006 16:55 Titel: |
|
|
| razer hat Folgendes geschrieben: | also mein verstand sagt mir,dass umso kleiner die wellenlänge ist, umso größer die ablenkung ist.das heißt,dass der zähler größer wird und der nenner kleiner.
|
Das ist nicht gemeint. Ob die Ablenkung größer oder kleiner wird, wenn die Wellenlänge zunimmt, das bestimmt nur das Vorzeichen der Dispersion. Gefragt ist hier aber der Betrag der Dispersion.
Also die Frage: Wie verändert sich das Verhältnis von Wellenlängenunterschied zu Abstand auf dem Schirm, wenn die Wellenlänge zunimmt? Dazu musst du also immer zwei Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge betrachten und den Abstand der zugehörigen beiden Lichtpunkte auf dem Schirm berechnen.
| Zitat: |
hmm irgendwie mag ich dir bei der zweiten frage nicht so ganz glauben:)
schon klar,dass das von mir angesprochene ein emissionsspektrum ist.nur genau das will ich ja untersuchen.wie soll ich es also noch höher auflösen,wenn diesem emissionsspektrum per se eine auflösungsgrenze mit auf den weg gegeben wird?
|
Achtung, da würfelst du die Begriffe Auflösungsgrenze und Linienbreite achtlos durcheinander.
Welche Frequenzen drin sind in dem Licht, das du erzeugst, um es auf deinen Messapparat zu schicken, das wird durch die Art der Erzeugung, also zum Beispiel durch die Atome bestimmt. Also zum Beispiel welche Linien drin sind und welche Linienbreiten diese Linien haben.
Die spektrale Auflösung deines Messapparates dagegen sagt dir, wie klein die Frequenzbereiche sind, die das Gerät trennen kann. Sie sagt aber nichts aus über die Eigenschaften des Lichts, das du in dein Gerät hineinschickst. Egal ob du weißes Licht nimmst oder eine schmale atomare Linie, an dem Auflösungsvermögen deines Prismenspektrographs ändert sich dadurch nichts. |
|
|
razer
Anmeldungsdatum: 25.03.2005
Beiträge: 58
Wohnort: austria
|
| razer Verfasst am: 29. Okt 2006 17:15 Titel: |
|
|
zu 1) sry hab mich etwas komisch ausgedrückt.mit ablenkung mein ich den abstand auf dem schirm. also wie ändert sich der abstand am schirm,wenn ich die wellenlänge verändere?Hm und jetzt die frage,wo die dispersion größer ist,bei kurzem - oder langwelligem licht?ich bleib bei meinem kurzwelligen licht,da bekomm ich doch ein schärferes spektrum oder?ach könnt ich mich nur an das praktikum erinnern
zu 2) ok also linienbreite eines spektrums und auflösung sind zwei verschiedene paar schuhe?was mich außerdem noch stört,ist die tatsache,dass in der angabe steht,dass dieser physikalische effekt unabhängig von der spaltbreite ist(beliebig kleiner spalt).trifft das auf deine beschreibung zu?
MfG
_________________
"Nur der Dumme braucht Ordnung, das Genie überblickt das Chaos!"
- Albert Einstein - |
|
|
dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
|
| dermarkus Verfasst am: 29. Okt 2006 17:36 Titel: |
|
|
| razer hat Folgendes geschrieben: | ich bleib bei meinem kurzwelligen licht,da bekomm ich doch ein schärferes spektrum oder?
|
Und was hat das mit der Dispersion zu tun? Ich glaube, du rätst da gerade mehr als dass du dir genau anschaust, was die Dispersion ist und konkret sowohl für einen Gitterspektrographen als auch konkret für einen Prismenspektrographen durchüberlegst und rechnest, wie sich die Dispersion dieser Spektropgraphen mit der Wellenlänge ändert.
| Zitat: |
mit ablenkung mein ich den abstand auf dem schirm
|
Ich vermute, da musst du nochmal hinschauen und noch deutlich genauer sagen können, welcher Abstand genau das sein muss. (Der Abstand zwischen was?)
| Zitat: |
(...) dass in der angabe steht,dass dieser physikalische effekt unabhängig von der spaltbreite ist(beliebig kleiner spalt)
|
Das steht so gar nicht in der Aufgabenstellung, vielleicht hast du da was fehlinterpretiert.
Überleg mal, was die Beugung am Einzelspalt macht: Die macht sich sogar nicht nur "auch" sondern sogar ganz besonders stark bei sehr engem Eintrittsspalt bemerkbar. |
|
|
|
|
Registrieren
Login
FAQ
Suchen
