Name, Matrikelnummer

Name, Matrikelnummer:
Teilklausur Physik 2 (GPh2) am 25.9.03
Fachbereich Elektrotechnik und Informatik, Fachbereich Mechatronik und Maschinenbau
Zugelassene Hilfsmittel: Beiblätter zur Vorlesung Physik 2 im SS 00 (Prof.Müller,
Prof.Sternberg), SS 01, SS 02 oder SS03 ohne Veränderungen oder Ergänzungen,
Taschenrechner (ohne drahtlose Übertragung mit einer Reichweite von größer als 30 cm wie
Funkmodem, IR-Sender, Bluetooth)
Dauer: 2 Stunden (einschließlich der anderen beiden Teilklausuren)
Zur Klausur gehören außer diesem Teil noch die Teilklausuren Thermodynamik und
Technische Mechanik. Alle drei Teilklausuren müssen abgegeben werden!
Maximal erreichbare Punktezahl: 100. Bestanden hat, wer mindestens 50 Punkte erreicht.
Maximal erreichbare Punktezahl dieser Teilklausur: 60.
Bitte beginnen Sie die Lösung der Aufgabe unbedingt auf dem betreffenden
Aufgabenblatt! Falls Sie weitere Blätter benötigen, müssen diese unbedingt deutlich mit
der Aufgabennummer gekennzeichnet sein.
Bitte kennzeichnen Sie dieses Blatt und alle weiteren, die Sie verwenden, mit Ihrem Namen
und Ihrer Matrikelnummer.
AUFGABE
1.a
1.b
1.c
2.a
2.b
2.c
3.a
3.b
3.c
Form
Summe
Thermo
TM
Gesamt
MÖGLICHE
ERREICHTE
PUNKTZAHL PUNKTZAHL
6
8
5
5
9
5
6
6
7
3
60
20
20
100
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1. Sonne und Wega
Die Erde ist ca. 150 Millionen km von der Erde entfernt. Die Strahlungsintensität auf der Erde
beträgt etwa 1 kW/m2. (Absorption und Erdkrümmung vernachlässigt, c0 = 3.108 m/s)
a. Wie groß ist unter diesen Annahmen die Leistung der Sonne?
b. Der Stern Wega ist 26 Lichtjahre von der Erde entfernt. Wenn er mit der 60-fachen
Leistung der Sonne strahlt, welche Leistung gelangt dann von der Wega in ein
menschliches Auge mit einer Fläche von 100 mm2?
c. Erläutern Sie, warum bei einer Kugelwelle die Intensität quadratisch mit dem Abstand
von der Quelle abnimmt.
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2. Dispersion und Wellenpaket
Der Brechungsindex von Quarzglas zeigt Dispersion. Es werden folgende Werte gemessen:
bei λ1 = 800 nm
bei λ2 = 900 nm
n1 = 1,4534
n2 = 1,4518
a. Berechnen Sie die Phasengeschwindigkeiten bei λ1 und λ2. Skizzieren Sie qualitativ
die Phasengeschwindigkeit als Funktion der Wellenlänge im Intervall [λ1, λ2], wobei
Sie einen linearen Verlauf annehmen. (c0 = 3.108 m/s)
b. Berechnen Sie unter der obigen Annahme eines linearen Verlaufs des
Brechungsindex, mit welcher Geschwindigkeit sich ein kurzer Lichtpuls (λ0 = 850 nm)
in einer Glasfaser aus diesem Quarzglas ausbreitet (Gruppengeschwindigkeit).
(c0 = 3.108 m/s)
c. Wie groß ist die Phasengeschwindigkeit bei λ = 850 nm? Wie groß ist die prozentuale
Abweichung der Gruppengeschwindigkeit von der Phasengeschwindigkeit bei dieser
Wellenlänge?
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3. Gelbes Licht
a. Gelbes Licht der Wellenlänge λ = 600 nm kann der Mensch mit bloßem Auge
wahrnehmen, wenn die Netzhaut mindestens die Lichtleistung P = 1,7 * 10-18 W
empfängt. Wie viele Photonen treffen dabei in der Zeit t = 1 sec auf die Netzhaut.
(c = 3.108 m/s, Planck’sche Konstante: 6,626.10-34 Js)
b. Licht trifft in einem luftleeren Glaskolben auf Kalium. Die Austrittsarbeit für Elektronen
beträgt WA = 2,25 eV (e = 1,602.10-19 C). Welche Wellenlänge darf Licht höchstens
haben, damit Fotoelektronen ausgelöst werden?
c. Wir nehmen an, wir hätten ein Supermetall mit einer Austrittsarbeit von 0,5 eV und
bestrahlen es mit gelbem Licht wie unter a.. Welches wäre die Wellenlänge der
austretenden Elektronen-Materiewellen, wenn die Energie vollständig auf das Elektron
übertragen wird? (Masse Elektron: 9,1 .10-31 kg, keine relativistischen Effekte)
Offensichtlich sind der Impuls des Photons und der Impuls des Elektrons sehr
verschieden. Wie kann das sein?
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Lösung zur 1. Aufgabe:
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Lösung zur 2. Aufgabe:
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Lösung zur 3. Aufgabe:
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