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PHYS4100 Grundkurs IV fur Physiker,Wirschaftsphysiker und Lehramtskandidaten
Othmar MartiExperimentelle Physik
Universitat [email protected]
Skript: http://wwwex.physik.uni-ulm.de/Lehre/gk4-2005Ubungsblatter und Losungen:
http://wwwex.physik.uni-ulm.de/Lehre/gk4-2005/ueb/ue#
18. April 2005
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Universitat Ulm, Experimentelle Physik
http://wwwex.physik.uni-ulm.de/Lehre/gk3b-2004-2005 18. April 2005
Strahlung
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Universitat Ulm, Experimentelle Physik 1
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Physikalische Grossen Physiologische GrossenGrosse Symbol Einheit Grosse Symbol Einheit
Strahlungs-
energie
E J Lichtmenge Q lm s
Strahlungs-
fluss
Φ W Lichtstrom Φ lm
Spezifische
Ausstrah-
lung
R W m−2 Spezifische
Lichtaus-
strahlung
R lm m−2
Strahlungs-
starke
J = dΦdΩ
Wsterad Lichtstarke I = dΦ
dΩ cd = lmsterad
Strahlungs-
dichte
B = dJdA d cos α
Wm2 sterad
Leuchtdichte B = dIdA d cos α
cdm2 = sb
Intensitat
Strahlungs-
flussdichte
D = I = dΦdA⊥
Wm2 Intensitat
Lichtstrom-
dichte
D = I = dΦdA⊥ lx = lm
m2
Bestrah-
lungsstarke
E = D cos α W m−2 Beleuch-
tungsdichte
E = D cos α lx
BestrahlungR
Edt J m−2 BeleuchtungR
Edt lx s
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Schematische Darstellung eines schwarzen Korpers.
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0*10+00
1*10+03
2*10+03
3*10+03
4*10+03
5*10+03
6*10+03
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
ρ/(J
/m3)
λ/µm
Spektrale Energiedichteverteilung
1000 K
1500 K
2000 K
Spektrale Energieverteilung nach Wellenlange.
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0*10+00
10*10−18
20*10−18
30*10−18
40*10−18
50*10−18
60*10−18
70*10−18
0 100 200 300 400 500 600
ρ/(J
/m3)
ν/THz
Spektrale Energiedichteverteilung
1000 K
1500 K
2000 K
Spektrale Energieverteilung nach Frequenz
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0.0*10+00
5.0*10−16
1.0*10−15
1.5*10−15
2.0*10−15
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
ρ/(J
/m3)
ν/THz
Spektrale Energiedichteverteilung
Planck 6000 K
Rayleigh−Jeans 6000 K
Wien 6000 K
Vergleich der Gesetze von Planck, Wien und Rayleigh Jeans bei6000 KU
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0.0*10+00
2.0*10−26
4.0*10−26
6.0*10−26
8.0*10−26
1.0*10−25
1.2*10−25
1.4*10−25
1.6*10−25
1.8*10−25
0 100 200 300 400 500 600
ρ/(J
/m3)
ν/GHz
Hintergrundsstrahlung
2.735 K
Spektrale Energieverteilung der Hintergrundsstrahlung von2.735KU
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0
100
200
300
400
500
600
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
ν/(T
Hz)
T/K
Wiensches Verschiebungsgesetz
Wiensches Verschiebungsgesetz
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0.01
0.1
1
10
100
1000
1 10 100 1000 10000
ρ m/(
J/m
3)
T/K
Wiensches Verschiebungsgesetz: spektrale Energiedichte
Energiedichte im spektralen Maximum nach dem Wiensches Ver-schiebungsgesetz
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Universitat Ulm, Experimentelle Physik 9
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100*10+06
10*10+09
1*10+12
100*10+12
10*10+15
1*10+18
100*10+18
10*10+21
1*10+24
100*10+24
1 10 100 1000 10000
R/(
W m
−2)
T/K
Stefan−Boltzmann−Gesetz
Stefan-Boltzmann-Gesetz
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Universitat Ulm, Experimentelle Physik 10
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0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
350 400 450 500 550 600 650 700 750
Em
pfin
dlic
hke
it
λ/nm
Augenrezeptoren
rot
grün
blau
Empfindlichkeitskurven der Augenrezeptoren skaliert auf gleicheintegrale Empfindlichkeit (nach )
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Universitat Ulm, Experimentelle Physik 11
http://wwwex.physik.uni-ulm.de/Lehre/gk3b-2004-2005 18. April 2005
100*10−12
10*10−06
1*10+00
100*10+03
10*10+09
0.01 0.1 1 10 100 1000
ρ/(J
/m3)
λ/µm
Sonne und Erde
Sonne 6000K
Erde 300K
Vergleich der spektralen Energiedichte von Sonne und Erde. Dieverschiedene Lage der Maxima ermoglicht den Treibhauseffekt.
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Fotoeffekt
Versuchsanordnung zur Messung des Fotoeffektes
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Links: Frequenzabhangigkeit des Fotostroms bei konstantem U .Rechts die Abhangigkeit von der Spannung zwischen Kathode undAnode. Negative Spannungen bedeuten, dass die Photonen dieElektronen aus der Anode herausschlagen. Die Spannung Umax
ist die maximale Bremsspannung.
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Links: Abhangigkeit der Bremsspannung Umax von der Frequenzν. UA = Φ heisst die Austrittsarbeit. Rechts die Abhangigkeit desSattigungsstromes IS vom Photonenfluss P = Φ.
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Universitat Ulm, Experimentelle Physik 15
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Oben: Energieschema des Fotoeffekts ohne angelegte Spannung,Mitte: mit der Anode positiv gegen die Photokathode, unten mitder “Anode“ negativ gegen die “Photokathode“. Die Energiekoor-dinate muss man sich als vierte (ohne Zeit) oder funfte Koordi-nate eines Punktes vorstellen.
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0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.7 0.705 0.71 0.715 0.72
Zä
hlra
te
λ/µm
Compton−Effekt
0°
45°
90°
135°
Compton-Effekt bei vier Streuwinkeln
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