Big Bang 7, Schulbuch

82 RG 7.2 G 7.2 Kompetenzbereich Atomphysik Das Gas im Inneren eines Sterns ist so dicht, dass es wie ein Festkörper wirkt (siehe Tab. 35.1, S. 81, rechte Spalte). Das Spektrum von selbst leuchtenden Festkörpern ist im- mer kontinuierlich. Auch in glühendem Metall kommt es durch die dichte Packung der Atome zur gegenseitigen Be- einflussung der Orbitale. Deshalb erzeugen eine Glühbirne (Abb. 30.3, S. 26) und ein heißes Stück Eisen (Abb. 35.10, S. 81) ein kontinuierliches Spektrum ( F7 ). Obwohl Sterne und Glühbirnen alle Farben aussenden, haben sie für uns meis- tens trotzdem eine bestimmte Farbtönung. Das liegt daran, dass die ausgesendeten Frequenzen unterschiedliche Inten- sitäten haben. Info: Heiß und kalt Zusammenfassung Dünne Gase senden Linienspektren aus. Bei Gasen unter hohem Druck kommt es zu einer Beeinflussung der Orbitale und somit zu einem kontinuierlichen Spektrum. Wenn dieses Licht ein Gas durchquert, dann werden bestimmte Frequenzen abgeschwächt und es entsteht ein Absorptions- spektrum. Man weiß dann ganz genau, durch welches Gas das Licht geflogen ist. Heiß und kalt Wenn man weißes Licht aufspaltet, dann bekommt man alle Farben, also ein kontinuierliches Spektrum. Umgekehrt gilt das aber nicht. Nicht jedes kontinuierliche Spektrum, das man wieder vereinigt, ergibt weiß. Warum? Weißes Licht bekommst du nur, wenn alle Farben in derselben Intensität leuchten. Das ist aber meistens nicht der Fall. Sterne senden zwar alle Farben aus, aber nicht in derselben Stärke. Die Intensitätsverteilung und somit auch die Farbe des Sterns hängt nur von seiner Oberflächentemperatur ab (Abb. 35.14; siehe auch Kap. 30.1, S. 27). Die Farbe eines Sternes sagt uns also, wie heiß seine Oberfläche ist ( F9 ). i Abb. 35.14: Bei heißen Sternen (Oberflächentemperatur 10.000K) sind die kurzen Wellenlängen intensiver als die langen (a). Heiße Sterne leuchten daher bläulich. Bei kühleren Sternen (3000K) ist es umgekehrt (b). Sie scheinen daher rötlich. Die Sonne hat rund 6000K (siehe Abb. 30.5, S. 27). Durch die relativ gleichmäßige Mischung der Farben sehen wir sie gelbweiß. Die Intensität ist hier relativ aufgetragen. Heiße Sterne leuchten absolut gesehen wesentlich heller als kühle. Z 35.3 Eineiige Zwillinge Metastabilität und stimulierte Emission Damit du verstehst, wie ein Laser funktioniert, musst du vorher zwei Begriffe verstehen: die angeregte Aussendung eines Photons und den metastabilen Zustand von Elektro- nen. Wenn auf ein Elektron das passende Photon trifft, dann wird es auf ein höheres Energieniveau gehoben. Dann gibt es zwei Möglichkeiten. Bei einem „normalen“ Quanten- sprung fällt das angeregte Elektron nach kurzer Zeit ohne äußere Einflüsse wieder auf das Grundniveau zurück und sendet dabei ein Photon aus (Abb. 35.17 a). Man spricht in diesem Fall von einer spontanen Emission (= Aussendung) des Photons. Weder der Zeitpunkt des Rücksprungs noch die Richtung, in der das Photon wegfliegt, können vorhergesagt werden – typisch Quantenwelt eben. Wenn aber auf das bereits angeregte Elektron nochmals ein gleiches Photon trifft, dann wird das Elektron wieder auf das Grundniveau „zurückgerissen“ ( F11 ). Das verursachen- de und das dabei entstehende Photon sind vollkommen identisch (Abb. 35.17 b). Weil der Rücksprung in diesem Fall Ein Elektron kann nur ganz bestimmte Energiepakete absorbieren, zum Beispiel ein Photon mit passender Frequenz. Dadurch wird ein „Quantensprung nach oben“ ausgelöst (Abb. 35.15 a). Was passiert aber, wenn sich das Elektron gerade am oberen Energie- niveau befindet, und ein zweites, gleiches Photon auftrifft (b)? Welche Arten von Gleichgewicht kann man unterschei- den (siehe Kap. 4.3, „Big Bang 5“)? Und in welchem Zustand befindet sich die Kugel in Abb. 35.16 a? Was versteht man unter virtuellen Teilchen und wie entstehen sie? Lies nach in Kap. 33.6, S. 65! F11 E2 Abb. 35.15: a) Das Photon befördert das Elektron aufs höhere Energie- niveau. b) Was passiert aber, wenn das Elektron schon oben ist? F12 W1 Abb. 35.16 F13 W1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv