Big Bang HTL 4, Schulbuch

Licht als Träger von Energie 14 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) 135 Bearbeite die Aufgaben! Licht als Träger von Energie Eine alte Glühlampe und eine Leuchtstoffröhre leisten beide 40 W. Überlege, welche mehr Licht abgibt. L Überlege, warum man überhaupt das Heliumgas beim He-Ne-Laser braucht. Wieso kann man nicht direkt die Elektronen im Neongas „pumpen“? L Begründe, warum man sich jahrelang bemüht hat, einen blauen Halbleiterlaser zu bauen. Was kann dieser, was ein roter nicht kann? L Stelle eine Hypothese auf, was die Messungen der Mondentfernung ergeben haben, die man seit 1969 durchführt? Sind Photonen Fermionen oder Bosonen? Überlege mit Hilfe von Laserlicht. L a Schätze ab, wie viele Photonen die Sonne pro Sekunde aussendet ( P ≈ 10 26 W). Verwende dazu die Gleichung E = h · f und Tabelle 13.1. L b Berechne die Anzahl der Photonen, die die Sonne im Laufe ihres Lebens abstrahlt. Nimm dazu vereinfacht nur die Zeit an, die sich die Sonne auf der Hauptreihe im Hertzsprung-Russel-Diagramm befindet. L a Quantensprünge erfolgen nicht in Nullzeit, sondern dauern etwa 10 –8 s. Die überlagerte Wahrscheinlich- keitswelle schwingt mit jener Frequenz, die dann auch das Photon besitzt (siehe Abb. 14.3). Überlege, wie genau die Frequenz des Photons bestimmt werden kann. Verwende dazu die Gleichungen ∆ E · ∆ t ≈ h /13 und E = h · f . L b Schätze ab, wie lange der Wellenzug ist, der dabei ausgesendet wird ( F17 a )? Wie lang ist daher, salopp gesagt, das Photon? L Linienspektren entstehen dadurch, dass die Elektronen in den Orbitalen nur bestimmte Energieniveaus einnehmen können. Dazu gibt es auch Analogiebei- spiele, etwa aus der Mechanik. Überlege dir, welche drei „Energiestufen“ eine liegende Streichholzschachtel einnehmen kann. Welches Niveau entspricht dem Grundzustand? L In Abb. 14.22 siehst du das Spektrum einer Nieder- und einer Hochdruck-Natriumdampflampe. Begründe, was der Unterschied ist und wie er zu Stande kommt. L Wenn man das Licht eines Lasers an die Wand wirft, dann sieht man dort ein Muster aus hellen und dunklen Punkten (Abb. 14.23). Man nennt diesen Effekt Lichtgranulation oder Speckle. Stelle eine Hypothese auf, wie dieses Muster zu Stande kommen könnten. L Du weißt aus dem Alltag, dass das Licht, das von zwei Lampen ausgeht, keine sichtbare Interferenz erzeugt. Überlege, warum das so ist! Müssten nicht durch konstruktive und destruktive Interferenz irgendwo helle und dunkle Streifen entstehen (Abb. 14.24)?! L 14 F11 A2 F12 A2 F13 A2 F14 A2 F15 A2 F16 A1 A2 F17 A2 A1 F18 A2 F19 A2 Abb. 14.22: Spektrum einer Niederdruck- (oben) und einer Hochdruck-Natriumdampflampe (unten) F20 A2 Abb. 14.23: Die Speckles eines Laserpointers an einer Wand F21 A2 Abb. 14.24 : Wieso entsteht dieser Effekt nicht im Alltag? Wichtige Gesetze und Verordnungen: – Verordnung optische Strahlung (VOPSt) [https://www.ris.bka.gv.at/ ] § Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv