PHYS4100 Grundkurs IV für Physiker, Wirschaftsphysiker und Lehramtskandidaten

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1 PHYS4100 Grundkurs IV für Physiker, Wirschaftsphysiker und Lehramtskandidaten Othmar Marti Experimentelle Physik Universität Ulm Skript: Übungsblätter und Lösungen: April 2005 Universität Ulm, Experimentelle Physik

2 Strahlung Universität Ulm, Experimentelle Physik 1

3 Schematische Darstellung eines schwarzen Körpers. Universität Ulm, Experimentelle Physik 2

4 6* * Spektrale Energiedichteverteilung 2000 K ρ/(j/m 3 ) 4* * * * * K 1000 K λ/µm Spektrale Energieverteilung nach Wellenlänge. Universität Ulm, Experimentelle Physik 3

5 70* *10 18 Spektrale Energiedichteverteilung 2000 K ρ/(j/m 3 ) 50* * * * * K 1000 K 0* ν/thz Spektrale Energieverteilung nach Frequenz Universität Ulm, Experimentelle Physik 4

6 2.0* *10 15 Spektrale Energiedichteverteilung Rayleigh Jeans 6000 K ρ/(j/m 3 ) 1.0* *10 16 Wien 6000 K Planck 6000 K CURANDO 0.0* ν/thz Vergleich der Gesetze von Planck, Wien und Rayleigh Jeans bei 6000 K Universität Ulm, Experimentelle Physik 5

7 1.8*10 25 Hintergrundsstrahlung 1.6* * *10 25 ρ/(j/m 3 ) 1.0* * *10 26 CURANDO 4.0* * * K ν/ghz Spektrale Energieverteilung der Hintergrundsstrahlung von K Universität Ulm, Experimentelle Physik 6

8 600 Wiensches Verschiebungsgesetz ν/(thz) Wiensches Verschiebungsgesetz T/K Universität Ulm, Experimentelle Physik 7

9 Wiensches Verschiebungsgesetz: spektrale Energiedichte ρ m /(J/m 3 ) Energiedichte im spektralen Maximum nach dem Wiensches Verschiebungsgesetz T/K Universität Ulm, Experimentelle Physik 8

10 100* Stefan Boltzmann Gesetz 1* * R/(W m 2 ) 100* * * * * * * Stefan-Boltzmann-Gesetz T/K Universität Ulm, Experimentelle Physik 9

11 1 Augenrezeptoren Empfindlichkeit blau grün 0.2 rot λ/nm Empfindlichkeitskurven der Augenrezeptoren skaliert auf gleiche integrale Empfindlichkeit (nach ) Universität Ulm, Experimentelle Physik 10

12 10* Sonne und Erde 100* Sonne 6000K ρ/(j/m 3 ) 1* * *10 12 Erde 300K λ/µm Vergleich der spektralen Energiedichte von Sonne und Erde. Die verschiedene Lage der Maxima ermöglicht den Treibhauseffekt. Universität Ulm, Experimentelle Physik 11

13 Fotoeffekt Versuchsanordnung zur Messung des Fotoeffektes Universität Ulm, Experimentelle Physik 12

14 Links: Frequenzabhängigkeit des Fotostroms bei konstantem U. Rechts die Abhängigkeit von der Spannung zwischen Kathode und Anode. Negative Spannungen bedeuten, dass die Photonen die Elektronen aus der Anode herausschlagen. Die Spannung U max ist die maximale Bremsspannung. Universität Ulm, Experimentelle Physik 13

15 Links: Abhängigkeit der Bremsspannung U max von der Frequenz ν. U A = Φ heisst die Austrittsarbeit. Rechts die Abhängigkeit des Sättigungsstromes I S vom Photonenfluss P = Φ. Universität Ulm, Experimentelle Physik 14

16 CURANDO Oben: Energieschema des Fotoeffekts ohne angelegte Spannung, Mitte: mit der Anode positiv gegen die Photokathode, unten mit der Anode negativ gegen die Photokathode. Die Energiekoordinate muss man sich als vierte (ohne Zeit) oder fünfte Koordinate eines Punktes vorstellen. Universität Ulm, Experimentelle Physik 15

17 1 Compton Effekt Zählrate λ/µm Compton-Effekt bei vier Streuwinkeln Universität Ulm, Experimentelle Physik 16

18 Impulserhaltung beim Compton-Effekt. Universität Ulm, Experimentelle Physik 17

19 Absorptions- oder Emissionspektrum für ein γ-quant. Nur wenn die Frequenz des ankommenden γ-quants im Bereich der Linie liegt, kann das Quant absorbiert werden. Universität Ulm, Experimentelle Physik 18

20 Impulserhaltung bei der Emission eines Gammaquants. Universität Ulm, Experimentelle Physik 19