Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

105 18.4 Elektromagnetisches Spektrum Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett (infrared, visible light, ultraviolet) Die Entstehung von Infrarot (IR) , sichtbarem Licht und Ultraviolett (UV) kann nicht als Abstrahlung von Ener- gie durch einen Schwingkreis gedeutet werden. Die Aussendung von Licht ist ein Phänomen der Atomhül- le, das mit Hilfe der Quantenmechanik erklärt werden kann. Als Infrarotstrahlung bezeichnet man elektromagne- tischeWellen einer Wellenlänge von 10 –4  m bis 10 –6  m. Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge von 10 –7  m (Üblicherweise: 3,5 · 10 –7  m bis 7,8 · 10 –7  m). Infrarot und sichtbares Licht werden beispielsweise als Tem- peraturstrahlung von warmen Körpern ausgesendet. Typische Eigenschaften der Ausbreitung von (sichtba- rem) Licht haben wir im Kapitel 10 kennengelernt. Ultraviolett, Wellenlänge etwa 10 –8  m, entsteht bei sehr energiereichen Vorgängen. Dies ist in der Sonne, bei manchen Gasentladungsröhren, im elektrischen Lichtbogen oder bei der Beschleunigung von gelade- nen Teilchen im Synchrotron (Synchrotronstrahlung) der Fall. Die menschliche Haut kann UV-Strahlung ab- sorbieren. Dabei werden Pigmente gebildet (Bräunung) und ein Provitamin D in das Vitamin D umgewandelt. Eine zu hohe Intensität kann zu Hautschädigungen führen. In Solarien wird UV-Strahlung einer Wellenlän- ge von 315 nmbis 400 nmverwendet ( UVA -Strahlung). Als UVB -Strahlung wird UV-Strahlung einer Wellenlän- ge zwischen 280 nm und 315 nm bezeichnet. Diese energiereiche Ultraviolettstrahlung ist ionisierend. Der kurzweIlige ultraviolette Anteil des Sonnenlichtes ( UVC -Strahlung, 180 nm bis 280 nm) wird in der Höhe von 2 · 10 4 bis 3,5 · 10 4  m von der sogenannten Ozon- schicht absorbiert. Die Zerstörung dieser Ozonschicht beispielsweise durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe könnte verheerende Folgen haben. 18.4.5 Röntgenstrahlung (X-rays) A1 Wiederhole Kap. 18.4, S. 101 Bremsstrahlung! Röntgenstrahlung mit einer Wellenlänge von 10 –9 m bis 10 –11 m entsteht einerseits durch Bremsstrahlung und andererseits durch Energieübergänge in die tiefsten Energiezustände bestimmter Atome (Kap. 13). A2 Berechne den Frequenzbereich der Röntgenstrah- lung! Genaue Untersuchungen der Röntgenstrahlung zei- gen, dass scharf begrenzte Wellenlängenbereiche auftreten. Neben dem Auftreten von Bremsstrahlung ist ein zweiter Effekt für die Bildung des Röntgenspek- trums wichtig: Diese zweite Art der Röntgenstrah- lung ist für verschiedene Elemente charakteristisch (charakteristische Röntgenstrahlung) . Durch den Beschuss eines Metallatoms mit Elektronen werden Elektronen aus der Atomhülle herausgeschlagen (Io- nisierung). Werden wegen der hohen Energie Elekt- ronen des tiefsten Energiezustandes entfernt, so wird bei der Neubesetzung dieses Energiezustandes eine elektromagnetische Welle ausgesendet. Sie hat eine Frequenz f f h E D = D E … Energiedifferenz zwischen tiefstem und ur- sprünglichem Energiezustand des Elektrons h …Planck´sches Wirkungsquantum h ≈ 7 · 10 –34 J · s Da die Energiedifferenzen zwischen tiefstem Energie- zustand und den nächsten Energieniveaus groß sind, ist die Frequenz der ausgesendeten Strahlung eben- falls hoch, sie liegt im Röntgenbereich. A3 Lies in Kap. 13 über die Entstehung von Spektral- serien nach! 18.4.6 Abb. 105.1 Infrarotempfindliche Kameras werden zur „Nacht- fotografie“ von warmen Gegenständen (Menschen, Autos, Flug- zeuge, …) und zur Überprüfung von Wärmeverlusten beispiels- weise imWohnbau verwendet. Abb. 105.2 Röntgenspektrum: Über der kontinuierlichen Brems- strahlung treten einige deutliche Linien hervor. 0 50 100 150 200 250 139 154 Bremsstrahlung charakteristische Strahlung K-Linien im charakteristischen Cu-Spektrum λ Wellenlänge in 10 m -12  K β K α λ gr  relative Strahldichte pro  λ  BW6/K10 BW7/S101 BW7/K13.3 BW7/S16 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv