Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

16 Emission und Absorption von Licht 13 Entstehung von Licht Kann ein Körper in einem System alle Energiewerte annehmen, nennt man die Energiezustände kontinu- ierlich. Die Ergebnisse der im Kapitel 13.2 beschriebe- nen Linienspektren lassen sich erklären, wenn man an- nimmt, dass ein Elektron innerhalb eines Atoms nur be- stimmte (diskrete) Energiezustände annehmen kann: Ein Elektron befindet sich im Grundzustand (ground state), wenn es die geringste mögliche Energie be­ sitzt. Von angeregten Zuständen (excited states) ei- nes Elektrons sprechen wir, wenn sich das Elektron auf höheren Energiestufen ( Energieniveaus, energy levels ) befindet. 13.3 Emission und Absorption D E = E 2 – E 1 D E … abgegebene Energie E 2 … höheres Energieniveau E 1 … niedrigeres Energieniveau Diese Energieabgabe erfolgt in Form von elektromag- netischer Strahlung. Die Größe eines solchen emittier- ten Energiepaketes (Energiequantums) bestimmt dabei die Frequenz der Strahlung. Dabei wurde expe- rimentell folgender Zusammenhang festgestellt: Man hat festgestellt, dass für alle Atome dieselbe Be- ziehung gilt: . . const f E h D = = Daher wird das Planck´sche Wirkungsquantum auch als Naturkonstante bezeichnet. Bemerkung: Die abgestrahlten Energiebeträge sind sehr klein, verglichen mit den Energiebeträgen des Alltags. Man verwendet daher in der Atomistik eine kleinere Energieein- heit, das Elektronenvolt eV: 1 eV = 1,6 · 10 –19 J. 13.3.1 A1 Gib Beispiele von Systemen aus demAlltag an, die kontinuierliche Energiezustände annehmen können! A2 Gib Beispiele nicht kontinuierlicher (diskreter) Vorgänge des Alltages an! Abb. 16.2 Ein Elektron kann durch Energiezufuhr ein höheres Energieniveau besetzen, dabei erhöht sich die Gesamtenergie des Atoms. Eine solche Energiezufuhr kann beispielsweise durch Stoßprozesse, Wärmestrahlung oder Lichteinstrahlung (elektro- magnetische Strahlung) erfolgen. K L M N O P E E E E K L M N O P K L M N O P K L M N O P Grundzustand einige mögliche angeregte Zustände Abb. 16.1 In einem Atom kann ein Elektron den energetischen Grundzustand oder einen angeregten Zustand (höheres Energie- niveau) einnehmen. (Die Buchstaben K, L, M, N, 0 und P beschrei- ben mögliche Energiezustände in einem Natriumatom.) Durch Energie- zufuhr … E 1 E 0 E … besetzt das Elektron ein höheres Energieniveau. ∆ D E = h · f D E … abgestrahlte Energie h …Planck´sches Wirkungsquantum h = 6,6 · 10 –34 J · s f … Frequenz der abgestrahlten Welle Energiequanten Abb. 16.5 Zwischen der Energiedifferenz D E und der Frequenz f besteht ein linearer Zusammenhang. (IR = Infrarot, Frequenz ist kleiner als für sichtbares Licht, UV = Ultraviolett, Frequenz ist größer als für sichtbares Licht.) abgegebene Energie in eV (1 eV ~ 1,6 · 10 J) E -19 Frequenz der ausgesendeten Strahlung in 10 Hz f 14 10 1 1 10 20 IR UV sichtbares Licht Abb. 16.3 Abb. 16.4 Ein Elektron gibt eine Energiedifferenz D E in Form von Strahlung ab (the electron releases the energy D E): Wechselt das Elektron auf ein niedrigeres Energieniveau, ... E 2 E 1 E = h · f … so gibt es die Energiedi erenz in Form von Strahlung ab. ∆ E ∆ Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv