Modell Lichtwelle

Neben dem Modell Lichtwelle und dem Modell Lichtstrahl kann man Licht auch mit einem Zeigermodell und dem Modell Lichtquant (Photon) beschreiben.

Das Modell Lichtwelle

Das Modell Lichtwelle wird vorrangig dann genutzt, wenn man die wellentypischen Erscheinungen beschreiben und erklären will, die unter bestimmten Bedingungen bei Licht auftreten. Es handelt sich dabei vor allem um die Beugung, die Interferenz und die Polarisation. Genauere Untersuchungen zeigen, dass es sich bei Licht vom physikalischen Charakter her um elektromagnetische Wellen handelt, bei denen sich zeitlich periodisch die Stärke des elektrischen und magnetischen Feldes ändert. Die Schwingungsrichtungen beider Felder liegen senkrecht zueinander und auch senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Demzufolge liegen Transversalwellen (Querwellen) vor. Bei zeichnerischen Darstellungen beschränkt man sich zumeist auf die Darstellung der Richtung, in der die elektrische Feldstärke schwingt.
Der Teilbereich der Optik, in dem man mit dem Modell Lichtwelle arbeitet, wird als Wellenoptik bezeichnet. Im Wellenmodell gilt:

• Durch die Frequenz wird die Farbe des Lichtes charakterisiert. Für einen Stoff kann man die Farbe auch durch die Wellenlänge kennzeichnen, denn für einen Stoff gilt bei konstanter Temperatur und konstanter Dichte $f\sim \frac{1}{\lambda }$.
• Das Quadrat der Amplitude ist ein Maß für die Intensität des Lichtes. Unter Intensität versteht man dabei die pro Zeit und Fläche übertragene Energie. Da die pro Zeit übertragene Energie eine Leistung ist, kann man auch formulieren: Die Intensität ist die Strahlungsleistung pro Fläche, also der Quotient $P/A.$ In der Physik wird diese Größe auch als Bestrahlungsstärke bezeichnet.

Mit dem Wellenmodell kann man auch die Ausbreitung von Licht, die Reflexion und die Brechung beschreiben und erklären (Bild 2). Dabei wird auch der Zusammenhang zwischen Strahlenmodell und Wellenmodell deutlich: Die Lichtstrahlen sind die Normalen auf den Lichtwellen.
Bei der Arbeit mit dem Wellenmodell bezieht man häufig das huygenssche Prinzip oder das huygens-fresnelsche Prinzip mit ein:

huygenssches Prinzip: Jeder Punkt einer Wellenfront ist Ausgangspunkt einer für kreis- oder kugelförmige Elementarwellen. Diese Elementarwellen besitzen die gleiche Ausbreitungsgeschwindigkeit wie die ursprüngliche Welle. Die Elementarwellen überlagern sich. Die Einhüllende aller Elementarwellen bildet die neue Wellenfront.
In Bild 2 ist das für die geradlinige Ausbreitung von Licht dargestellt.

huygens-fresnelsches Prinzip: Der Schwingungszustand in einem Punkt eines Raumes wird bestimmt durch die Summe aller Elementarwellen, die von Wellenfronten ausgehen und die in diesem Punkt zusammentreffen.
Dieses Prinzip ist z.B. bedeutungsvoll bei der Frage, ob bei der Überlagerung (Interferenz) von Licht in einem bestimmten Punkt Verstärkung, Abschwächung oder Auslöschung auftritt.

Weitere Hinweise zu den verschiedenen Modellen und ihrer Anwendbarkeit sind auf der CD unter den Stichwörtern Reflexion, Brechung, Beugung, Interferenz und Polarisation zu finden.