Physik-LK · Skript PL3 · Elektrizitätslehre
Elektromagnetisches Spektrum
Radiowellen, Licht und Röntgenstrahlung sind dieselbe Art von Welle. Sie unterscheiden sich nur in der Frequenz, und damit in Wellenlänge und Energie der Photonen. Es gilt c = λ · f und E = h · f.
So gehst du vor
- 1Ziehe den Griff über den Balken oder nutze die beiden Regler für Wellenlänge und Frequenz. Sie hängen zusammen, weil c fest ist.
- 2Beobachte die drei Anzeigen: Was geschieht mit f und E, wenn λ kleiner wird?
- 3Tippe auf ein Beispiel und lies ab, was den Bereich ausmacht: Quelle, Nutzen, Wirkung eines Photons.
Die Skalen sind logarithmisch: Jeder Teilstrich steht für den Faktor 1000. Das sichtbare Licht ist der schmale bunte Streifen. In der Lupe ändert sich der Maßstab sprunghaft, wenn die Wellenlänge eine Zehnerpotenz überschreitet.
Wellenlänge λ
550 nm
Frequenz f
545 THz
Energie je Photon
2,26 eV
Wellenlänge λ
550 nmFrequenz f
545 THzBeispiele
sichtbares Licht
Wellenlängen: 400 nm bis 800 nm
Quelle: Elektronenübergänge in Atomen, heiße Körper
Nutzen: Sehen, Beleuchtung, Laser
Ein Photon: Reicht, um Elektronen in Atomen und Farbstoffen anzuregen: Das Auge sieht es, Pflanzen nutzen es.
So etwa sieht das Licht aus.
Rechnung
f = cλ = 545 THz
E = h · f = 3,61 · 10−19 J
E = 2,26 eV
Zum Vergleich: Die Wellenlänge ist etwa so groß wie ein Bakterium.
Mit c = 3,00 · 108 ms und h = 6,626 · 10−34 J · s.
Aufträge
- Ein UKW-Sender strahlt mit 100 MHz ab. Berechne die Wellenlänge und prüfe am Regler. Wie lang muss ein Dipol etwa sein, wenn er in der Grundschwingung schwingt?
- Bestimme die Grenzen des sichtbaren Lichts in Hz und eV. Um welchen Faktor unterscheiden sich die Frequenzen? Wie groß ist der Anteil an der ganzen Skala?
- Um welchen Faktor ist die Energie eines Photons von grünem Licht (550 nm) größer als die eines WLAN-Photons (2,4 GHz)?
- Ein starker WLAN-Router gibt mehr Leistung ab als eine schwache UV-Lampe. Warum ist trotzdem die UV-Lampe für die Haut gefährlicher?
- Beim Röntgen sind Photonen mit 62 keV dabei. Wie groß muss die Spannung an der Röntgenröhre mindestens sein? Stelle die Wellenlänge ein.
- Vergleiche die Bereiche nach ihrer Quelle. Was haben Radiowellen und Licht gemeinsam, was unterscheidet sie?
Theorie: Elektrizitätslehre-Skript, Abschnitt „Das elektromagnetische Spektrum“; die Energie der Photonen steht in Skript 5. Die Grenzen der Bereiche sind Richtwerte, in Wirklichkeit überlappen sie sich: Röntgen- und Gammastrahlung unterscheidet man nach ihrer Entstehung.