Big Bang HTL 3, Schulbuch

82 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) Obwohl Herdplatte, Glühbirne oder ein erhitzter Eisenstab keine perfekten schwarzen Strahler sind, kann man mit die- sem Modell das Zustandekommen ihrer Farben gut erklären ( F3 ). Auch Sterne sind keine perfekten schwarzen Strah- ler, wie man am realen Strahlungsverlauf der Sonne in Abb. 9.5 sieht. Weil dieser aber mit einem schwarzen Körper von 6000K gut übereinstimmt, ordnet man der Sonnenober- fläche diesen Wert zu ( F4 ). Der größte schwarze Strahler im Universum ist übrigens das Universum selbst. Info: Vom Backofen zum Kosmos Zusammenfassung Jedes Objekt sendet auf Grund seiner Temperatur EM- Wellen aus, die man Wärmestrahlung nennt. Diese wird bei hohen Temperaturen sogar sichtbar. Man kann diese Strah- lung im Rahmen der Quantenmechanik mit dem idealisier- ten Modell des schwarzen Strahlers beschreiben. Vom Backofen zum Kosmos Der größte reale schwarze Strahler und gleichzeitig der per- fekteste ist das ganze Universum selbst. Seine Strahlung, die uns aus allen Richtungen des Raums erreicht, nennt man Hintergrundstrahlung (Abb. 9.7). Sie ist überwiegend Mikrowellenstrahlung. Zum Auftauen einer Pizza taugt sie aber nicht, denn sie entspricht bloß 2,7K! Wenn du also einen Satelliten ins All schießt, würde dieser so lange an Temperatur verlieren, bis er auf weniger als –270 °C abge- kühlt ist, denn das ist die Temperatur des Universums ( F6 ; siehe auch Kap. 9.3, S. 84). Der Ursprung der Hintergrundstrahlung liegt etwa 400.000 Jahre nach dem Urknall, also vor etwa 13,4 Milliarden Jah- ren. Damals war das Universum auf rund 3000K abgekühlt, und Protonen und Elektronen kombinierten sich zu Atomen. Die Photonen konnten nicht mehr an den geladenen Teil- chen gestreut werden, und das Universum wurde „durch- sichtig“. Die Schwarzkörperstrahlung von damals „sieht“ man nun als Hintergrundstrahlung. Durch die Expansion des Universums kam es zur Rotverschiebung, und deshalb liegt die Strahlung heute bei nur mehr 2,7K. i Abb. 9.7: Aufnahme der Hintergrundstrahlung mit der Sonde PLANCK: Die Temperaturabweichungen von der Schwarzkörperstrahlung liegen in der Größe von 10.000stel Grad. Blaue Bereiche liegen etwas unterhalb der Temperatur von 2,725 Kelvin und rote Bereiche geringfügig darüber. Z 9.2 Die Geschichte mit dem Schokoriegel Mikrowellen und Radar In diesem Abschnitt geht es um Mikrowellen. Dazu gehören die Wellen in einem Mikrowellenherd, aber auch die Radar- wellen zur Überwachung. Als Mikrowellen bezeichnet man EM-Wellen von 1mm bis 1m Länge. Technische Anwendungen sind Radar und Mikro- wellenherd, aber auch Mobilfunk, Fernsehen und WLAN (Kap. 10.4, S. 95). Wir beschäftigen uns in diesem Abschnitt aber nur mit dem energetischen Aspekt. Radar ist ein Akronym – also ein Kurzwort, das sich aus den Anfangsbuchstaben mehrerer Wörter zusammensetzt – und steht für Ra dio D etection a nd R anging, was sinngemäß „Erkennung und Messung mittels Funkwellen“ bedeutet. Beim Richtungsradar werden von einer rotierenden Anten- ne (Abb. 9.9) hunderte Wellenimpulse pro Sekunde mit der Leistung von einigen MW ausgesendet, die vor allem an metallischen Flächen reflektiert werden. In den Sendepau- sen ist die Antenne der Empfänger. Die Laufzeit des Signals gibt Aufschluss über die Entfernung eines Objekts. Wenn dieses z. B. 150 km entfernt ist, ist das Signal nach rund 10 –3 s wieder da (rechne nach). Der Strich am Schirm zeigt an, in welche Richtung die Antenne gerade zeigt ( F7 ). Info: CLIL- Stealthtechnology -> S. 83 Du kennst Radarmonitore aus diversen Filmen. Dabei streicht eine Linie über den kreisförmigen Bildschirm (Abb. 9.8). Was hat es mit dieser Linie auf sich? Und wie funktioniert Radar überhaupt? Was ist ein Tarnkappenbomber? Welche Eigenschaften unterscheiden ihn von normalen Flugzeugen? Was versteht man unter stehenden Wellen? Was versteht man unter dem Doppler-Effekt? Lies von S. 27 bis S. 31 nach! Warum ist H 2 O ein Dipol-Molekül? Du hast schon tausende Male einen Mikrowellenherd verwendet. Wie werden Mikrowellen erzeugt? Warum kann man mit ihnen Speisen erwärmen? Was hat der Drehteller für eine Funktion? Warum hat die Front- klappe hinter dem Glas ein Metallgitter? F7 A2 Abb. 9.8: Radarschirm einer Flugüber- wachung F8 A2 F9 A2 F10 A2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv