Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

18 Emission und Absorption von Licht 13 1. Lichtaussendung einer Glühlampe: In einer Glühlampe wird Licht von einem glühenden Metallfaden ausgesendet, der durch elektrische Ener- gie auf etwa 2500 °C („helle Weißglut“) erhitzt wird. Ein Festkörper kann Energie in einem weiten Energie- bereich praktisch stufenlos (kontinuierlich) aufneh- men und abgeben, weil sich durch die gegenseitige Beeinflussung der Elektronenhüllen der einzelnen Atome die Anzahl der möglichen Energiezustände drastisch erhöht (Energieband). Die Gesamtheit der dabei auftretenden Frequenzen nennt man ein konti- nuierliches Spektrum, weil wir keine Linien feststellen können. 2. Lichtaussendung einer QuecksilberdampfIampe: In einer Quecksilberdampflampe werden die Atome in den Molekülen der Gasfüllung durch elektrische Energie angeregt. Die Energiezustände der Atome verschiedener Gasmoleküle sind voneinander unbe- einflusst. Es sind nur diskrete Energiezustände erlaubt. Beim Übergang dieser Atome in niedrigere Energie- zustände wird Licht mit bestimmten Frequenzen aus- gesendet. Da die chemische Zusammensetzung der Gasfüllung die Größe der abgestrahlten Frequenzen bestimmt, ist damit die„Farbe“ der Quecksilberdampf- lampe bestimmt. Abb. 18.1 Energieband Abb. 18.2 Diskrete Niveaus Abb. 18.3 Mögliche Energieübergänge und Frequenzen der emittierten Strahlung des Wasserstoffatoms. (Der obere Teil der Abbildung heißt Termschema, der untere Teil gibt das Frequenz- spektrum an.) Von jedem Energieniveau ist eine ganze Serie von Beispiel Frequenzspektrum des Wasserstoffatoms ImWasserstoffatom wechselt das Elektron vom ersten angeregten Zustand ( E = –3,39 eV) auf den Grundzustand ( E = –13,6 eV). Wir berechnen aus der Energiedifferenz die Frequenz und die Wellenlänge des ausgesandten Lichtes: Aus h · f = D E folgt f = h E D Aus c 0 = f  ·  m folgt m = f c 0 = E c h 0 $ D ≈ 10 –7  m h … 6,6 · 10 –34  J · s f … Frequenz D E … Energiedifferenz (1 eV = 1,6 · 10 –19  J) c 0 … Lichtgeschwindigkeit ( c 0 = 3 · 108 m · s –1 ) m … Wellenlänge -10 -13,6 -5 -1 Energie in eV E Wellenlänge l in m ≈ 10 Hz 14 ≈ 10 m -6 ≈ 10 Hz 15 ≈ 10 m -7 Grundzustand (-13,6 eV) 1. angeregter Zustand (-3,39 eV) 2. angeregter Zustand (-1,5 eV) 3. (-0,87 eV) Frequenz in Hz f Bereich der Ionisierung ( 0: e - verlässt das Atom) E > Termschema Frequenzspektrum Lyman Balmer Paschen sichtbarer Bereich IR-Bereich UV-Bereich Energieübergängen zum Grundniveau möglich. Dadurch entsteht ein eigenes Linienspektrum, das nach seinem Entde- cker (Lyman, Balmer, Paschen) benannt wurde. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv