PHYS4100 Grundkurs IV fur Physiker,˜ Wirschaftsphysiker ... · PHYS4100 Grundkurs IV fur Physiker,˜ Wirschaftsphysiker und Lehramtskandidaten Othmar Marti Experimentelle Physik

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


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


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


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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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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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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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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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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