Experimentalphysik-Übungen WS 2001/2002

Experimentalphysik-Übungen WS 2001/2002
Woche vom 21.01. - 28.01.2002
Ausgabe: 22.01.02 zur Vorlesung -
Rückgabe der Lösungen: 29.01.02 zur Vorlesung
Aufg. 34:
Der menschliche Körper hat eine Oberfläche von im Mittel 1,4 m². Die Temperatur
der nackten Haut ist etwa 33°C.
(a) Bei welcher Wellenlänge strahlt die Haut die meiste Wärme ab, wenn sie sich wie
die Oberfläche eines schwarzen Körpers verhält?
(b) Welche Strahlungsleistung hat der nackte Mensch bei 20°C
Umgebungs-temperatur, wenn die Haut ein Emissionsvermögen von 97 % besitzt? (6
Punkte)
Aufg. 35:
Die Solarkonstante, die Bestrahlungsstärke der Sonne auf der (inneren) Oberfläche
einer sonnenzentrierten Kugel mit dem Radius aSonne - Planet, beträgt für die Erdbahn
etwa 1350 W/m² (aSE= 149,6E+6 km).
(a) Wieviel Energie strahlt die Sonne pro Sekunde in den Weltraum?
(b) Bestimmen Sie die Gleichgewichtstemperatur der Erde unter der Annahme, sie sei
ein schwarzer Körper. Beachten Sie dabei, dass die Bestrahlungsstärke der
sonnenzugewandten Erdhalbkugel durch eine Funktion des Winkels zwischen der
Oberflächennormalen und der Einstrahlungsrichtung des Sonnenlichtes modifiziert
wird. Außerdem bewirken Erdatmosphäre und Drehung, dass die Erdoberfläche selbst
wie eine Kugel abstrahlt. (9 Punkte)
Aufg. 36:
Wieviele Photonen /(m²s) treffen senkrecht auf ein Sonnensegel, das nahe dem Mars
(aSonne - Mars= 3/2 *aSE), an einem Raumschiff montiert, zur Sonne ausgerichtet wird,
wenn man eine mittlere Wellenlänge von 700 nm für das Sonnenlicht annimmt?
Welchen Druck üben diese Photonen je m² Segelfläche aus, wenn das Segel ideal
reflektiert? Erinnern Sie sich bitte dabei der Herleitung des Gasdrucks in der
kinetischen Gastheorie als Summe der in der Zeiteinheit auf die Wandfläche
übertragenen Teilchenimpulse. Der Impuls eines Photons bestimmt sich, wie aus einer
späteren Vorlesung folgt, aus dem Quotienten von Photonenenergie und
Lichtgeschwindigkeit. Verwenden Sie weiterhin die Angaben aus der Aufgabe 35. (6
Punkte)