Big Bang 7, Schulbuch

28 RG 7.1 G 7.1 Kompetenzbereich Elektromagnetische Wellen Obwohl Herdplatte, Glühbirne oder ein erhitzter Eisenstab keine perfekten schwarzen Strahler sind, kann man mit diesem Modell das Zustandekommen ihrer Farben gut er- klären ( F3 ). Auch Sterne sind keine perfekten schwarzen Strahler, wie man am realen Strahlungsverlauf der Sonne in Abb. 30.5 (S. 27) sieht. Weil dieser aber mit einem schwar- zen Körper von 6000K gut übereinstimmt, ordnet man der Sonnenoberfläche diesen Wert zu ( F4 ). Der größte schwarze Strahler im Universum ist übrigens das Universum selbst. Info: Eine Pizza im All 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 Strahlung im Rahmen der Quantenmechanik mit dem idealisierten Modell des schwarzen Strahlers beschreiben. Eine Pizza im All 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. 30.7). Sie ist überwiegend Mikrowellenstrahlung. Zum Auftauen einer Pizza taugt sie aber nicht, denn sie entspricht bloß 2,7K! Wenn du also eine Pizza ins All schießt, würde sie so lange an Temperatur ver- lieren, bis sie auf weniger als –270 °C abgekühlt ist, denn das ist die Temperatur des Universums ( F6 ; siehe auch Kap. 30.3, S. 30). Der Ursprung der Hintergrundstrahlung liegt etwa 400.000 Jahre nach dem Urknall, also vor über 13 Milliarden Jahren. Damals war das Universum auf rund 3000K abge- kühlt, und Protonen und Elektronen kombinierten sich zu Atomen. Die Photonen konnten nicht mehr an den gelade- nen Teilchen gestreut werden, und das Universum wurde „durchsichtig“. Die schwarze Strahlung 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 (siehe auch „Big Bang 8“). i Abb. 30.7: Aufnahme der Hintergrundstrahlung mit der Sonde WMAP: Die Temperaturabweichungen von der Schwarzkörperstrahlung liegen in der Größe von 10.000stel Grad. Z 30.2 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. 31, S. 33). Wir beschäftigen uns in diesem Abschnitt aber nur mit dem energetischen Aspekt. Radar ist ein Akronym (siehe S. 84) und steht für Ra dio D etection a nd R anging, was sinngemäß Erkennung und Messung mittels Funkwellen bedeutet. Beim Richtungs- radar werden von einer rotierenden Antenne (Abb. 30.9) hunderte Wellenimpulse pro Sekunde mit der Leistung von einigen MW ausgesendet, die vor allem an metallischen Flächen reflektiert werden. In den Sendepausen ist die Antenne der Empfänger. Die Laufzeit des Signals gibt Auf- schluss über die Entfernung eines Objekts. Wenn dieses zum Beispiel 150 km entfernt ist, ist das Signal nach rund 10 –3 s wieder da. Der Strich am Schirm zeigt an, in welche Rich- tung die Antenne gerade zeigt ( F7 ). Du kennst Radarmonitore aus diversen Filmen. Dabei streicht eine Linie über den kreisförmigen Bildschirm (Abb. 30.8). 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? Warum ist H 2 O ein Dipol-Molekül? Du hast schon oft einen Mikrowellenherd verwendet. Aber was weißt du über ihn? Wie werden die Mikro- wellen erzeugt? Warum kann man mit ihnen Speisen überhaupt erwärmen? Was hat der Drehteller für eine Funktion? Warum hat die Frontklappe hinter dem Glas ein Metallgitter? F7 E1 Abb. 30.8: Ra- darschirm einer Flugüber- wachung F8 E1 F9 E1 F10 E2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv