Aufgaben - Licht und Photonen

AUFGABEN - LICHT UND PHOTONEN
1.
Eigenschaften von Photonen
a) Wie groß ist die Energie eines Photons der Strahlung in einem Mikrowellenofen?
Die im Haushalt üblichen Geräte arbeiten mit einer Frequenz von 2,54 GHz.
[1,68 ∙ 10-24 J]
b) Wie groß ist der Impuls eines Photons der UV-B Strahlung, die eine Wellenlänge
von 300 nm aufweist? Wie vielmal größer ist seine Energie als diejenige eines
Photons von sichtbarem Licht? Wie äußert sich das? Beispiele!?
[2,21 ∙ 10-27 kg m/s]
[ca. doppelt so groß, Stoffe werden gebleicht, Sonnenbrand, Hautschädigung]
2.
Laser-Pointer. Die ersten Laser-Pointer benützten einen Helium-Neon-Laser. Dabei
werden die Neon-Atome auf eine Energie von 20,7 eV angeregt. Bei der stimulierten
Emission fallen sie auf ein Energieniveau von 18.7 eV zurück.
a) Welche Wellenlänge und welche Farbe besitzt das Laserlicht?
[622 nm, also rot]
b) Ein kleiner Laser strahlt mit einer Intensität von 5 mW/mm2. Vergleiche die
Intensität des Laserlichts mit derjenigen von Sonnenstrahlung auf der Erde
(Solarkonstante ca. 1400 W/m2 ca. 30-70% davon erreichen die Erdoberfläche wetterabhängig). Weshalb ist beim Umgang mit Laser-Pointern Vorsicht geboten?
[Laserpointer ca. 5-12fache Energie pro Fläche im Vergleich zur Sonne]
c) Wie viele Photon werden vom Laser-Pointer in jeder Sekunde pro mm2 emittiert?
[1,6 ∙ 1016 Photonen]
3.
Auge. Die geringste Lichtintensität, die das menschliche Auge gerade noch wahrnehmen
kann, beträgt rund 10-10 W/m2.
a) Wie viele Photonen treffen dann pro Sekunde die Pupille?
Hinweis: Nimm zur Vereinfachung an, das Licht hätte einheitlich eine Wellenlänge
von 500 nm, bei der die Empfindlichkeit des Auges am größten ist. Die ganz offene
Pupille besitzt einen Durchmesser von etwa 7 mm.
b) Hätte die entsprechende Anzahl Sandkörner auf einem Löffel Platz? (Durchmesser
Sandkorn = ?)