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Einstein/de Haas-Effekt Barnett-Versuch Beth-Versuch

Einstein/de Haas-Effekt Barnett-Versuch Beth-Versuch. Hauptseminarvortrag von Michael Buser Am 26. November 2002. Materie im Magnetfeld. Ferromagnetismus ( m >>1) Weißschen Bezirke Blochwände Barkhausen-Sprünge Paramagnetismus ( m >1) Diamagnetismus ( m <1).

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Presentation Transcript

  1. Einstein/de Haas-Effekt Barnett-VersuchBeth-Versuch Hauptseminarvortrag von Michael Buser Am 26. November 2002

  2. Materie im Magnetfeld • Ferromagnetismus(m>>1) Weißschen Bezirke Blochwände Barkhausen-Sprünge • Paramagnetismus (m>1) • Diamagnetismus (m<1)

  3. Magnetisches Moment der Bahnbewegung

  4. Gyromagnetischer Faktor • Klassische Definition • Bedeutung Verhältnis von magnetischem Moment zum Drehimpuls • Beziehung zum Bahnmoment

  5. Experiment von Einstein und de Haas Versuchsaufbau -Kondensator -Spule -Drehbar gelagerter Eisenstab -Anzeigevorrichtung

  6. Experiment von Einstein und de Haas Überlegung Vorher Stromstoß durch die Spule, Magnetisierung des Stabes Nachher Aus Drehimpulserhaltung folgt:

  7. Ergebnis der Messungen • Erwartet: Klassische Beziehung von Drehimpuls und magnetischem Moment stimmt mit der quantenmechanischen überein • Gemessen: Ferromagnetische Eigenschaft rührt nicht vom Bahndrehimpuls her

  8. Relativistische Quantenmechanik • Bisher Schrödinger-Gleichung (nicht relativistisch) • Diracgleichung (relativistisch, Fermi-Teilchen)

  9. Relativistische Quantenmechanik • Spinoperator • Drehimpulserhaltung (Elektron) Heisenberg‘sche Bewegungsgleichung

  10. Elektronenspin • Gyromagnetischer Faktor (Näherung) • Genaue Herleitung mit Korrektur aus der Quantenelektrodynamik

  11. Materie im Magnetfeld • Ferromagnetismus vom Elektronenspin verursacht • Pauligleichung Anlegen eines Magnetfeldes in z-Richtung

  12. Barnett-Versuch • Kurze Drehung eines Eisenstabes • Ausrichten der Elektronenspins • Magnetisierung des Stabes Umkehrung des Einstein/de Haas Effekt

  13. Relativistische Quantenmechanik Klein-Gordon Gleichung Relativistische Gleichung für Teilchen mit geradzahligem Spin (Bosonen) z.B.: Photonen mit Spin +/-1

  14. Beth-Versuch • Nachweis des Photonenspins • Dazu notwendig: Wechselwirkung von Photonen mit Materie • Experimente mit • Mikrowellenstrahlung • Laser

  15. Polarisation von elektromagnetischen Wellen Lineare Polarisation (Spin 0)

  16. Polarisation von elektromagnetischen Wellen Zirkulare Polarisation (Spin +/-1)

  17. Polarisation von elektromagnetischen Wellen Überlagerung von zirkular pol. Wellen Überlagerung beider Wellen Lineare Pol. Elliptische Pol.

  18. Der elektrische Dipol • Maxwellgleichungen • Lorenzkraft (Homogene Gl.) (Inhomog. Gl.) Linear pol. Welle: Spin 0 Zirkulare Welle: Spin +/-1

  19. Der elektrische Dipol Drehbarer Dipol im elektrischen Feld

  20. Der elektrische Dipol • Phasenverschiebung • Frequenzverschiebung • Dipolstrahlung

  21. Der elektrische Dipol Umkehrung des Versuches • Bisher: Energieübertrag von Welle auf Dipol Verschiebung zu niedrigeren Frequenzen • Jetzt: Energieübertrag von Dipol auf Welle Verschiebung zu höheren Frequenzen

  22. Versuchsaufbau von P. J. Allen Klystron Isolator Detector Dual-Mode Transducer Load Quarter-Wave Plate Dipol Rotor

  23. Versuchsaufbau von P. J. Allen Dipollagerung Reflektor

  24. Versuchsaufbau von P. J. Allen Messung der Dipolrotation • Dipolrotation • Frequenzverschiebung • Verlagerung der Extrema im Hohlraumresonator • Detektion

  25. Versuchsaufbau von P. J. Allen Messergebnisse

  26. Laserexperimente Rotation von Moleküle durch Laserbestrahlung Center for Optics Photonics and Lasers, Laval University

  27. Laserexperimente Homeotropic cell of nematic liquid crystal

  28. Laserexperimente BS: beam splitter l/2: half wave plate PBS: polarizational beam splitter l/4: quarter wave plate Ec: recombined beam M1-M4: Mirrors Ecp: counter propagating beam LC: the nematic liquid crystall cell

  29. Experiment von Beth Rotation eines Makroskopischen Körpers l/2: rotierende Platte H: Halter (supraleitend) B: Magnetisches Feld R: Rechtzirkular pol. Welle L: Linkszirkular pol. Welle Energieübertrag von Welle auf Platte Rotverschiebung

  30. Literatur • J. H. Poynting, Proc. Roy. Soc. 182 (1909) 560 • Böhm/Scharmann, Höhere Experimentalphysik, VCH, Weinheim • R. Beth, Phys. Rev. 48 (1935) 471 • R. Beth, Phys. Rev. 50 (1936) 115 • P. J. Allen, Am. J. Phys. 74 (1966) 1105 • M. E. J. Friese, Phys. Rev. A54 (1996) 1593 • http://www.spiel.org/web/oer/june/jun97/photon.html • http://www.einsteindehaaseffekt.de.vu • Skript: Risken, Quantenmechanik I • Sktipt: W. P. Schleich, Elements of QED

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