Versuch
Info
Spalt bzw. Hindernis müssen einige Wellenlängen breit sein. Ein Reflexklystron sendet modulierte Mikrowellen (λ = 3,2 cm) auf ein Aluminiumblech (b = 6 cm). Der Empfänger ist auf einem drehbarem Arm am Pohltisch montiert. Beobachtet wird akustisch die Lautstärke des Modulationssignals als Funktion des Beugungswinkels.
Für einen Spalt können, in einem Rahmen verschiebbare, Aluminiumbleche entsprechend angeordnet werden.
Durchführungsdauer: 3 Minuten
Beschreibung
Für quantitative Messungen nicht sehr geeignet.
Hinweise zur Durchführung:
Etwa 20 Sekunden nach dem Einschalten beginnt der Sender zu arbeiten und hat nach etwa 3 Minuten seinen stationären Betriebszustand erreicht.
Hochfrequenzsender (Funkgeräte, Mobiltelefone) nicht in unmittelbarer Nähe betreiben.
a) Zuerst den Empfang ohne Spalt bzw. Hindernis demonstrieren. Dazu den Empfänger auf dem Schwenkarm so weit aus dem Wellenbündel heraus bewegen, bis das Signal deutlich abgeschwächt ist.
b) Danach Einfachspalt bzw. Hindernis in den Plattenhalter einsetzen und zentrisch ausrichten. Nun ist eine hörbare Zunahme der Lautstärke des Modulationssignals wahrnehmbar. Folgerung: Die Mikrowelle wird am Spalt bzw. Hindernis gebeugt und als Elementarwelle nach dem Spalt bzw. der Kante des Hindernisses wieder nachweisbar.
„Beugung und Interferenz. Für solche Versuche sind Zentimeterwellen […] geeignet […], weil die Schirmstrukturen (Spaltbreite, Spaltabstände, Lochdurchmesser) größer sein müssen als die Wellenlänge. […] Damit lässt sich bequem das erste Nebenmaximum bei der Beugung am Doppelspalt nachweisen. Bei der Beugung an einer Kante kann die von Null verschiedene Intensität im Schattenraum beobachtet werden, aber nicht die schwache Interferenz im Lichtraum.“ (Raith, Wilhelm. Bergmann Schaefer – Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 2: Elektromagnetismus. Berlin: Walter de Gruyter, 9. Auflage, 2006, S. 346f.)
Hinweise zum Aufbau:
Zur Minderung störender Reflexionen sollten Sender und Empfänger nicht zu dicht über der Tischoberfläche gehaltert werden.
Für Potentialausgleich sorgen durch Experimentieren auf einer leitfähigen, geerdeten Unterlage, Verwendung von Abschirmungen und abgeschirmter Kabel.
Für die Stecker sollte eine Messing/Silber-Abschirmung (aus dem Demonstrationspraktikum) verwendet werden, um Störungen zu reduzieren.
In der Bedienungsanleitung von 3B Scientific Physics wird empfohlen, den Sender ca. 20 cm vom Plattenhalter entfernt und den Empfänger in einem Abstand von ca. 80 cm vom Plattenhalter auf die Schienen zu setzen.
Bei Verwendung des Mikrowellensatzes von 3B sollte die Mikrowelle (λ = 3,19 cm) extern mit einem separaten Funktionsgenerator moduliert werden (100 Hz –20 kHz, max. 1 V), da das Betriebsgerät mit dem internen Modulator einen unangenehm hohen Ton (ca. 3 kHz) ausgibt.