Welche Strahlen werden durch die Erdatmosphäre abgeschirmt? Welche Moleküle beeinflussen wesentlich die Strahlendurchlässigkeit der Atmosphäre?

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Hartmut Meyer
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1 Spektren 1 Welche Strahlen werden durch die Erdatmosphäre abgeschirmt? Welche Moleküle beeinflussen wesentlich die Strahlendurchlässigkeit der Atmosphäre? Der UV- und höherenergetische Anteil wird fast vollständig abgeschirmt. Moleküle und Staubteilchen, Sauerstoff und Ozon, Wasserdampf und Treibhausgase Spektren 2 Durch welches Strahlungsgesetz wird die Strahlung eines schwarzen Strahlers vollständig beschrieben? Stellen Sie das Strahlungsgesetz grafisch dar und geben Sie eine grafische Interpretation des Stefan-Boltzmann Gesetzes sowie des Wien schen Verschiebungsgesetzes. Planck sche Strahlungsgesetz

3 Wien sche Verschiebungsgesetz: Spektren 3 Charakterisieren Sie Wärmestrahlung im Energie-, Wellenlängen- und Frequenzbereich. Schätzen oder berechnen Sie die wahrscheinlichste Wellenlänge die unser Körper abstrahlt. Energie: 1,2meV 500meV, Wellenlängen: 780nm 1mm, Frequenzbereich: 300GHz 385THz Ca. 10 Spektren 4 Skizzieren Sie eine Versuchsanordnung zum Nachweis des äußeren photoelektrischen Effektes. Durch welche Strahlparameter kann man die Anzahl der austretenden Elektronen beeinflussen? Welche Bedingung muss dabei immer erfüllt sein? Schreiben Sie den Energieerhaltungssatz für die Wechselwirkung des Photons mit einem Elektron an.

4 Um ein Elektron loszulösen wird eine des Atoms entsprechender Bindungsenergie E B benötigt. Energieerhaltungssatz: h f = E B +E kin Spektren 5 Charakterisieren Sie das sichtbare Spektrum im Energie-, Wellenlängen- und Frequenzbereich. Energie: 1,6eV 2,9eV,Wellenlängen: 380nm 780nm, Frequenzen: 384THz 789THz

5 Spektren 6 Welche Prozesse erfährt eine Strahlung beim Auftreffen auf Materie? Welche Bedingung muss für die entsprechenden spektralen Strahlparameter erfüllt sein? Wie wirkt sich ein hohes Absorptionsverhältnis auf das Emissionsverhalten aus? Reflexion (Strahl wird reflektiert), Transmission (Strahl geht durch das Medium), Absorption (Strahl wird in Wärme umgewandelt) Material, Wegstrecke, Wellenlänge Das Emissionsverhältnis steigt, nahezu wie bei einem schwarzen Körper Spektren 7 In welchem Spektralbereich liegt die wahrscheinlichste Wellenlänge die ein Stern der Spektralklasse B mit einer Oberflächentemperatur von K emittiert? Erwarten Sie auch Linien im visuellen Bereich? Balmer-Spektrum, Licht-Bereich Ja Spektren 8 Was versteht man unter einem Lambert-Strahler (Charakteristik, Beispiele)? Das sind vollkommen raue, diffus reflektierende Flä- chen. Beispiele für LAMBERT- Strahler sind die Sonnenoberfläche, eine Fläche mit aufge- rautem Magnesiumoxid, raues Papier, Leuchdioden, thermische flächenhafte Lichtquellen. Spektren 9 Welches Gesetz beschreibt das Emissions- bzw. Absorptionsspektrum von

6 wasserstoffähnlichen Atomen? Wie ist die Balmer-Serie definiert? In welchem spektralen Bereich liegt die Balmer-Strahlung? Rydberg-Formel Als Balmer-Serie wird eine bestimmte Folge von Spektrallinien im elektromagnetischen Spektrum des Wasserstoffatoms bezeichnet. - Wasserstoffatom von einer Ordnung n>m auf m=2. Diese liegt im Sichtbaren Bereich! Licht und nahes UV (365nm) Spektren 10 Durch welche Eigenschaften wird ein idealer schwarzer Strahler charakterisiert? Nennen Sie einige Beispiele für seine (näherungsweise) Realisierung. - absorbieren vollständig die auftreffende elektromagnetische Strahlung - reflektieren und streuen daher keine Strahlung - emittieren vollständig die thermische Strahlung - emittieren Strahlung vollkommen isotrop (diffus) - p k u vo s d du ch d T p u s (P ck sch s h u s s z) Berußte Fläche, schwarzer rauer Lack, Gummi, Hohlraum, Sternoberflächen, Kosmische Hintergrundstrahlung, glühendes Metall, Hohlkugeln mit einer Öffnung oder einseitig offene hohle Zylinder mit geschwärzter und auf- gerauter Innenoberfläche. Spektren 11 Berechnen Sie die Wellenlänge, die beim Übergang 4 2 im Wasserstoffatom emittiert wird. In welchem Spektralbereich liegt dieser Übergang? Welche Farbe besitzt diese Linie? (Rydbergkonstante R = /m) Z = 1 Spektren 12

7 Wird Germanium mit Licht bestrahlt beobachtet man ab der Grenzwellenlänge λ = 248 den Austritt von Elektronen aus der Halbleiteroberfläche. Wie groß ist die Austrittsarbeit der Photoelektronen in ev? Spektren 13 Welches Strahlungsgesetz beschreibt die gesamte, über alle Frequenzen integrierte, in den Halbraum abgestrahlte Energie pro Sekunde und Flächeneinheit eines schwarzen Strahlers? Berechnen Sie mit diesem Gesetz die Temperatur, die ein idealer Heizstrahler bei einer Heiz- leistung von 1 kw und einer Strahlfläche von 0.5 m 2 im Gleichgewicht erreicht ( = / 4 2 ). Planck sche Strahlungsgesetz Spektren 14 Charakterisieren Sie den Energie- und Frequenzbereich von Dezimeterwellen. Nennen Sie einige Anwendungen für Dezimeterwellen. 300MHz 3GHz, 1,2-12 Ziviles GPS, Mobilfunk, Mikrowellenofen, Wlan, Schiffsradar, Einparkhilfe Spektren 15 Welche Fläche emittiert Strahlung am stärksten: d) a) schwarz + glatt b) schwarz + matt c) weiß + matt d) weiß + glatt poliert

8 Welche Fläche absorbiert Strahlung am stärksten? b) Wie wirkt sich die Lackfarbe auf die Infrarotabstrahlung eines Heizkörpers aus? Dunkler Lack Wärme wird vom Heizkörper aufgenommen und weniger abgestrahlt Heller Lack Wärme wird stärker abgestrahlt

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