Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

Abschnitt 3.1 PHYSIK IV 83LichtquelleProbetransmittiertesLichtspektrale AnalyseFluoreszenzlichtspektrale AnalyseAbbildung 3.1: Prinzip der Absorptions- bzw. Fluoreszenzemissionsspektroskopie. Als Spektrographkann z.B. ein Prisma oder Gitter benutzt werden. Die verschiedenen Möglichkeiten spektraler Zerlegungvon Licht wurden in Physik III ausführlich diskutiert.Bevor wir typische Messergebnisse vorstellen, wollen wir kurz die Einheiten auflisten, die in der Spektroskopieüblicherweise benutzt werden:• Wellenlänge λ in Einheiten von m.• Wellenzahl ν = 1/λ = ν/c in Einheiten von cm −1 (hierbei ist c die Lichtgeschwindigkeit).• Frequenz ν in Einheiten von Hz.• Energie hν = ¯hω in Einheiten von eV.Wegen der für Licht gültigen DispersionsrelationE = hν = hcλ= hcν (3.1.1)erhalten wir folgende Beziehung zwischen den einzelnen GrößenE = 1meV ≡ ν = 0.24THz ≡ ν = 8.066cm −1 ≡ λ = 0.125cm . (3.1.2)Zwischen Energie und Frequenz auf der einen, und Wellenlänge bzw. Wellenzahl auf der anderen Seitebesteht der wesentliche Unterschied, dass erstere nicht vom Medium abhängen, während das für dieWellenlänge sehr wohl der Fall ist. Bei sehr präzisen spektroskopischen Messungen gilt es dies zuberücksichtigen.3.1.2 Anregung von AtomenEs war bereits vor der Entwicklung der Quantenphysik bekannt, dass die Emissions- und Absorptionsspektrenvon freien Atomen Linienspektren sind. Da das physikalische Verständnis für ihre Erklärungfehlte, wurden sie phänomenologisch beschrieben. Nach unserer Einführung in die Quantenphysik wissenwir bereits, dass wir die Wechselwirkung eines Atoms mit einer elektromagnetischen Welle durchAbsorption- und Emission eines Photons mit der Energie E = ¯hω auffassen können. Aus den Streuexperimentenvon Rutherford Anfang des 20. Jahrhunderts wurde ferner klar, dass Atome aus einem2003