Übungsfragen zu den Diagrammen

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1 Übungsfragen zu den Diagrammen 1. SONNENSPEKTRUM idealer Schwarzer Körper (Temperatur 5900 K) extraterrestrische Sonnenstrahlung (Luftmasse AM0) terrestrische Sonnenstrahlung (Luftmasse AM1,5) 500 UV sichtbarer Bereich IR Wellenlänge / nm 1. Der Doppelstern Alpha Centauri besitzt in etwa die gleiche Oberflächentemperatur wie unsere Sonne. Woher weiss man das? 2. Will man untersuchen, wie ferne Galaxien im UV-Bereich strahlen, so benutzt man dafür Teleskope in Satelliten ausserhalb der Erdatmosphäre. Warum? 3. Wann ist der UVB-Anteil des Sonnenlichts am Grössten? 4. Welche Frequenzen sind zur Telekommunikation (zb Handys, Radio) besonders günstig? Warum? 5. Wo im Diagramm kann man die Wirkung von Treibhausgasen wie CO 2 oder Wasserdampf erkennen? 6. Aus welchen Gründen holt man sich in den Bergen eher einen Sonnenbrand als auf Meereshöhe? 7. Warum leuchtet die Sonne hellgelb? 8. Warum ist der Himmel blau? 9. Warum erreicht nicht das gesamte von der Sonne ausgestrahlte UV-Licht die Erdoberfläche? Warum fehlt auch ein Teil im Infraroten? Was hat das mit den vieldiskutierten Umweltproblemen Treibhauseffekt und Ozonloch zu tun? 10. Warum ist Glas wohl durchsichtig? 11. Wasser in einem Glas ist durchsichtig, grössere Wassermassen hingegen erscheinen bläulich. Was sagt das über das Absorptionsverhalten von Wasser aus? 12. Welche Wellenlängen wären für eine Infrarot-Fernbedienung denkbar ungünstig?

2 2. ABSORPTION IN DER ATMOSPHÄRE 1. Will man untersuchen, wie ferne Galaxien im UV-Bereich strahlen, so benutzt man dafür Teleskope in Satelliten ausserhalb der Erdatmosphäre. Warum? 2. Wann ist der UVB-Anteil des Sonnenlichts am Grössten? 3. Welche Frequenzen sind zur Telekommunikation (zb Handys, Radio) besonders günstig? Warum? 4. Wo im Diagramm kann man die Wirkung von Treibhausgasen wie CO 2 oder Wasserdampf erkennen? 5. Aus welchen Gründen holt man sich in den Bergen eher einen Sonnenbrand als auf Meereshöhe? 6. Warum leuchtet die Sonne hellgelb? 7. Warum ist der Himmel blau? 8. Warum erreicht nicht das gesamte von der Sonne ausgestrahlte UV-Licht die Erdoberfläche? Warum fehlt auch ein Teil im Infraroten? Was hat das mit den vieldiskutierten Umweltproblemen Treibhauseffekt und Ozonloch zu tun? 9. Warum ist Glas wohl durchsichtig? 10. Warum lässt CO 2 sichtbares Licht durch und absorbiert Infrarotstrahlen? 11. Wie würde sich das Klima ändern, wenn die Bewölkung weltweit zunehmen würde?

3 3. IONISIERUNGSENERGIE 1. Wie viel Energie ist mindestens nötig, um einem Atom ein Elektron zu entreissen? 2. Röntgenstrahlung der Wellenlänge 0.1nm trifft auf ein Elektron. Nach dem Stoss hat die Strahlung die Wellenlänge 0.2nm. Wie viel Energie wurde dem Elektron mitgegeben? 3. Sind nichtionisierende Strahlen in jedem Fall ungefährlich? 4. Ist sichtbares Licht ionisierend? Warum (nicht)? bekamen drei Japaner den Physik-Nobelpreis für die Entwicklung einer blauen Leuchtdiode (LED). Dabei verlieren Elektronen in einem bestimmten Material ( Halbleiter, üblicherweise Gallium) Energie und geben dabei Licht ab. Wie viel Energie müssen diese Elektronen mindestens verlieren, damit blaues Licht entsteht? 6. Kann man an Infrarotstrahlung sterben? 7. Wie viele Joule muss ein Photon mindestens besitzen, um aus einem Neon-Atom ein Elektron herauszuschlagen zu können? Berechne die Wellenlänge der entsprechenden Strahlung.

4 4. ELEKTROMAGNETISCHES SPEKTRUM 1. Welchen Teil (in %) aller elektromagnetischen Wellen von Radiowellen bis zu ko(s)mischen Strahlen können wir mit unseren Sinnen empfangen? 2. Es dauert acht Minuten, bis das Licht der Sonne die Erde erreicht. Berechne daraus die Entfernung Erde-Sonne! 3. Ist Wärmestrahlung ein Synonym von Infrarotstrahlung? 4. Was ist der Unterschied zwischen Infrarotwellen und Infrarotstrahlung? 5. Was ist Schwarzlicht? 6. Was wäre eine genauere wissenschaftliche Definition von Licht? 7. Röntgenstrahlung der Wellenlänge 0.1nm trifft auf ein Elektron. Nach dem Stoss hat die Strahlung die Wellenlänge 0.2nm. Wie viel Energie wurde dem Elektron mitgegeben? 8. Ein Radiosender sendet sein Programm aus. Wie lange dauert es, bis ein 30km entferntes Radiogerät das Programm empfängt? 9. Kann man an Infrarotstrahlung sterben? 10. In einer Sendeantenne bewegen sich Elektronen eine Million mal pro Sekunde auf und ab. Berechne die Wellenlänge der daraus entstehenden elektromagnetischen Welle. Wie wird diese Strahlung genannt?

5 5. TEMPERATURSTRAHLUNG 1. Der Doppelstern Alpha Centauri besitzt in etwa die gleiche Oberflächentemperatur wie unsere Sonne. Woher weiss man das? 2. Ist Wärmestrahlung ein Synonym von Infrarotstrahlung? 3. Wie kann man berührungslos die Temperatur von flüssigem Stahl herausfinden? 4. Wie muss man einen Stoff erhitzen, damit er (als Wärmestrahlung) hauptsächlich Mikrowellen abgibt? 5. Warum kann man mit Nachtsichtgeräten auch in der völligen Dunkelheit Lebewesen erkennen? 6. Die meisten Leute haben noch nie eine Infrarotkamera benutzt und wissen nicht, dass Menschen elektromagnetische Strahlung ausstrahlen. Zeige, dass das eigentlich einleuchtet: Was würde passieren, wenn wir Strahlung nur absorbieren und reflektieren würden, nicht aber emittieren (aussenden)? 7. Warum leuchtet eine Glühbirne? Warum ist das Licht einer Glühbirne warm, also gelblich? 8. Warum ist die Glühbirne als Energieverschwenderin verpönt? 9. Warum glüht Eisen, das man erhitzt, zuerst rot, dann gelb und schliesslich weiss? 10. Könnte man mit einer speziellen Glühbirne das gleiche Lichtspektrum wie das der Sonne erzeugen? 11. Ein Astronom entdeckt einen neuen Stern. Sein Licht erscheint im Vergleich zum Sonnenlicht rötlicher. Nenne mögliche Gründe für diese Färbung.

6 6. FRAUNHOFER-LINIEN 1. Wie können wir die Zusammensetzung von fernen Sternen herausfinden? 2. Was zeichnet die Sonne im Vergleich zu allen anderen Sternen aus? Was macht sie so besonders? 3. Wie kann man auf der Erde herausfinden, zu welchen Gasen die einzelnen Linien im Sonnenspektrum gehören? 4. Wozu wurden die Linien ursprünglich von Fraunhofer verwendet? 5. Wo im Diagramm erkennt man, dass in der Sonnenatmosphäre Natrium-Atome vorhanden sind? 6. Warum werden die Farben zu den Rändern hin immer dunkler? 7. Wie werden die Fraunhofer-Linien auf der Suche nach ausserirdischem Leben verwendet? 8. Der für unsere Augen sichtbare Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt zwischen 400nm und 700nm Wellenlänge. Welche drei Farben machen den grössten Teil dieses Bereichs aus? 9. Wenn man Sonnenlicht durch ein Prisma scheinen lässt, so wird das Licht in alle Farben des Regenbogens aufgespaltet. Was passiert, wenn man Licht einer Natriumlampe durch ein Prisma lässt? Was, wenn es das Licht einer Glühbirne ist?

7 7. RED-SHIFT 1. Was ist mit dem Urknall oder Big Bang gemeint? 2. Wie kam man auf die Idee eines Urknalls? 3. Ein Astronom entdeckt einen neuen Stern. Sein Licht erscheint im Vergleich zum Sonnenlicht rötlicher. Nenne mögliche Gründe für diese Färbung. 4. Wenn man das Licht ferner Galaxien analysiert, so findet man viel häufiger einen Red- Shift als einen Blue-Shift. Warum? 5. Eine Rakete nähert sich der Erde mit hoher Geschwindigkeit und sendet einen hellblauen Laserstrahl aus. Welche Farbe könnte das Laserlicht für einen Beobachter auf der Erde haben? 6. Eine Schülerin behauptet: Je weiter weg ein Stern sich befindet, desto rötlicher ist sein Licht. Stimmt diese Behauptung? 7. Die Fraunhofer-Linien der relativ nah gelegenen Andromeda-Galaxie erscheinen uns recht weit in Richtung blaues Licht verschoben. Was bedeutet das für die Zukunft unserer Milchstrasse? (Siehe auch bit.ly/2g8tood) 8. Wie wird der für die Verschiebung verantwortliche Effekt allgemein genannt?