Loes_AB_Licht
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Lösungen des Arbeitsblatt - Fragen Kapitel Licht, Buch Astronomie Graf-Zeppelin-Gymnasium Aufgabe: Lies die beiden pdf-Files AstronomieLicht_Kap5a.pdf und BuAstronomie_LichtKap5b.pdf. Die Files entsprechen dem 5. Kapitel des Buches Astronomie von Bennet. Beantworte beim Lesen die folgenden Fragen und schicke das bearbeitete File zu [email protected] Es ist sinnvoll, wenn man etwas durchliest, sich regelmäßig Aufschriebe zu machen. Lese und beantworte die Fragen also während des Lesens sofort schriftlich - z.B. hier im File. Die beiden pdf-Files stammen aus dem Buch Jeffrey Bennet u.a.: Astronomie, Pearson, 2010. Es kostet 79,95€. Wer möchte, kann das Buch in der Schülerbücherei lesen. Vor allem die ersten 7 Kapitel (von 24) sind lesenswert, es ist i.W. der Stoff, den wir im Unterricht besprechen, bzw. besprochen haben. Fragen zu Kapitel 5.1: Licht im Alltag (BuAstronomie_LichtKap5a.pdf) 1. Wichtig: S.206: Was ist das Ziel des Kapitels zum Licht? Warum befassen wir uns näher mit dem Licht? Antwort: Wir wollen verstehen, wie man die Informationen im Licht entziffern kann 2. Wichtig: S.206: Welche drei Energieformen sind hier angesprochen? Antwort: Strahlungsenergie, kinetische (oder Bewegungs-) Energie und potentielle Energie (oder Lageenergie) 3. Wichtig: S.206, 207: Einheiten der Energie und Leistung, Symbole, Zusammenhang Antwort:[E]=J (Joule), [P]= W (Watt) E=P*t 4. S.207: Was ist der Energiebedarf des Menschen pro Sekunde, was pro Tag. Überprüfe dies durch Rechnung. Womit wird der Energiebedarf verglichen? Antwort: E-Bedarf pro Sekunde = Leistung= 100 W = Verbrauch einer hellen Glühbirne, E-Bedarf pro Tag = 100W*60*60*24s = 8,66MJ knapp 10 MJ 5. S.207: Zähle die Grundfarben des Spektrums auf. Antwort: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Violett (oder ähnliche, Übergänge sind fließend) 6. Wichtig: S.207: Das Auge hat drei Farbrezeptoren, das ist der eigentliche Grund für die drei Grundfarben. Die anderen Farben entstehen durch Mischung dieser Farben. (siehe etwa http://de.wikipedia.org/wiki/Zapfen_%28Auge%29 und http://de.wikipedia.org/wiki/RGB-Farbraum bzw. http://de.wikipedia.org/wiki/CMYKFarbmodell ) Welche sind die drei Grundfarben beim Bildschirm, welche beim Grafikdesign Antwort: RGB: Rot, Grün Blau bzw. CMYK: Cyan, Magenta, Yellow (und Schwarz, die Abkürzung steht für K = Key Plate = die schwarz druckende Platte beim Offsetdruck ) 7. S.207: Warum sieht man auf der Rückseite einer CD Farben? Antwort: Sie wirkt wie ein Beugungsgitter. 8. Wichtig: S.207, 208: Welche vier Wechselwirkungen des Lichts mit der Materie treten auf? (Namen und Bedeutung) Antwort: Emission (Abstrahlung von Licht, Energie verlässt den Körper), Absorption (die Lichtenergie verbleibt im Körper, das Licht ist weg), Transmission (das Licht geht durch das Medium hindurch), diffuse oder gerichtete Reflexion (das Licht wird zurückgeworfen oder gestreut) 9. S.208: Was ist der Unterschied zwischen Streuung und Reflexion? Antwort: Bei der Streuung (oder diffusen Reflexion) wird das Licht in alle Richtungen 582651739 W.Seyboldt Stand: 9.4.10 Lösungen des Arbeitsblatt - Fragen Kapitel Licht, Buch Astronomie Graf-Zeppelin-Gymnasium zurückgeworfen, bei der (gerichteten) Reflexion nur so, dass Einfallswinkel = Ausfallswinkel gilt (siehe Abb. 5.2) Fragen zu Kapitel 5.2: Eigenschaften des Lichts (BuAstronomie_LichtKap5a.pdf) 10. S. 209: Warum sind die Pflanzen grün? (siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll#Spektrale_Eigenschaften) Antwort: Sie streuen grünes Licht und absorbieren rotes. Die Pflanze nutz die vom roten Licht transportierte Energie, um Zucker aufzubauen. 11. Wichtig: S.209: Wie bewegen sich die Wasserteilchen, wenn eine Welle sich ausbreitet? Antwort: Sie bewegen sich auf und ab, besser im Kreis. Sie bleiben aber am Platz. 12. S.209: Was transportiert eine Wasserwelle, was nicht? Antwort: Die Welle transportiert Energie, aber keine Materie. 13. Wichtig: S.210: Welches sind die drei grundlegenden Merkmale einer Welle? 1 Antwort: Wellenlänge λ, Frequenz f (T= Schwingungsdauer) und T Ausbreitungsgeschwindigkeit c. 14. S.210: Leite c f nochmals ab. Antwort: In der Zeit, in der die Welle einmal schwingt, also in der Zeit T, bewegt sich die s 1 Welle um eine Wellenlänge weiter. Also gilt c f t T T 15. S.210: Was ist ein Feld? Vergleiche die Feldstärke mit der Kraft (z.B. beim Gravitationsfeld) Antwort: Die elektrische Feldstärke ist die Kraft, die an einer Stelle auf einen Körper der Ladung 1 C wirkt. Die Stärke des Gravitationsfeldes ist die Kraft, die auf einen Körper der Masse 1 kg wirkt. Besser formuliert: Die Kraft durch Ladung und Kraft durch Masse. 16. S.211: Wie bewegen sich freie Elektronen in einem elektromagnetischen Feld? Antwort: Hin und her, quer zur Ausbreitungsrichtung der Welle. Wenn eine elektromagnetische Welle auf eine Antenne trifft, bewegen sich die Elektronen darin hin und her, es entsteht also eine Wechselstrom. 17. Wichtig (auch die Formel wissen): S.211 (siehe evtl. auch S. 215): Berechne die Frequenz einer Welle mit der Wellenlänge von 12 cm, der Wellenlänge eines Mikrowellenherdes (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Mikrowellenherd) 1000m c 300000 km 3 1 1 s 105 s 1010 =2,5 GHz Antwort: f c f 12cm 12 0, 01m 4 s 18. Wichtig: S.212: Was sind Photonen? Antwort: Lichtteilchen, Energiepakete einer bestimmten Größe. 19. S.212: Was versteht man unter der Polarisation von Licht? Antwort: Schwingungsrichtung der elektrischen Feldstärke = Richtung in der Elektronen mitschwingen. Licht, das reflektiert wird, schwingt bevorzugt in der Richtung parallel zu Oberfläche. 20. Wichtig: S.213: Betrachte die Abbildung 5.7: Nenne fünf irdische Quellen für elektromagnetische Strahlung, nenne ebenso fünf kosmische Quellen. Notiere dabei jeweils, wie groß die Wellenlänge der Strahlung ist, die sie aussenden. Antwort: Radiosender (1km), Mikrowelle (10 cm) Radar (1 cm) Wärmestrahlen der Menschen (5/100000 m= 5/100 mm) Glühlampe (1/1000 mm), Röntgenapparate (1 Millionstel mm) Radioaktive Elemente (10-11m) Radiogalaxis (100m), kosmische Mikrowellenhintergrundsstrahlung (10cm), Sonne (1/1000 mm), Materie, die in ein schwarzes Loch fällt (ein Millionstel mm), Gammastrahlenausbrüche (10-12m) 582651739 W.Seyboldt Stand: 9.4.10 Lösungen des Arbeitsblatt - Fragen Kapitel Licht, Buch Astronomie Graf-Zeppelin-Gymnasium 21. Wichtig: S. 214: Wie groß ist die Wellenlänge des sichtbaren Lichts? Gib den Wellenlängenbereich des Lichts an. Welches Licht hat die kleinste, welches die größte Wellenlänge? Antwort: 400 bis 700 nm = 0,4 bis 0,7 Tausendstel mm. 22. Wichtig: S.214: Sind Steine für Radiowellen durchsichtig? Antwort: ja, sonst könnten wir im Zimmer kein Radio hören (falls wir keine Antenne auf dem Dach haben). 23. S.215: Welche beiden Formeln werden dort benutzt? Antwort: f c und E h f 24. S.215: Ein Elektronenvolt (1 eV) ist eine Energieeinheit, die in der Atomphysik gerne benutz wird (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenvolt) Es gilt: 1eV 1,60 1019 J : Wie groß ist die Frequenz und die Wellenlänge eines Photons der Energie 2,5 eV? Berechne die Größen, benutze dabei die beiden Formeln der Seite S.215. Antwort: E 2,5eV 2,5 1,6 1019 J 2,5 1,6 1934 1 E h f f 10 0,6 1015 Hz h 6,63 1034 J s 6,63 1034 J s 6,63 s 3 108 ms c Und damit gilt f c 5 107 m 500nm 15 1 f 0, 6 10 s Fragen zu Kapitel 5.3: Eigenschaften der Materie (BuAstronomie_LichtKap5a.pdf) 25. Wichtig: S.216: Wie viele chemische Elemente kennen wir heute? Zähle 5 verschiedene Elemente auf. (Wdh.: Chemie: Ist Wasser auch ein chemisches Element? Was ist es dann? Aus was besteht es?) Antwort: 92 natürliche (bis Uran) und 118 evtl. nur im Labor hergestellte chemische Elemente – sie entstehen aber auch in den Sternen, zerfallen aber schnell wieder, so dass sie auf der Erde nicht mehr natürlich vorkommen. (siehe Internet oder Pstart >MatNat >Nuklidkarte) z.B.: H, He, Li, Be, C, N, O, F, … Wasser ist kein Element, sondern ein Molekül H2O. 26. Wichtig: S. 217: Aus was bestehen Atome? Antwort: Protonen, Neutronen, Elektronen / Kern, Hülle, 27. S.217, 218: Was ist die Kernladungszahl, die Atomare Massenzahl, ein Isotop? Antwort: Anzahl der Protonen im Kern / Anzahl der Nukleonen = Anzahl der Protonen + Anzahl der Neutronen / Isotope eines Elements unterscheiden sich nur in der Anzahl der Neutronen im Kern. Normalerweise sind die meisten Isotop radioaktiv, allerdings gibt es auch Elemente mit mehreren stabilen Isotopen. Zinn, Sn hat 9 stabile Isotope 28. Wichtig: S.218: Welche Ladungen haben die drei wichtigsten Teilchen des Atoms? Antwort: Neutron ist neutral, Elektron ist negativ, Proton positiv geladen. 29. Wichtig: S. 218: Berühren sich die Atome der Hand und des Tisches, wenn wir den Tisch anlangen? Warum können wir dann nicht durch den Tisch hindurchlangen? Man kann problemlos Neutronen durch eine dünne Goldfolie schießen. Warum nimmt man dazu Neutronen? Antwort: Die Atomkerne der Hand berühren nicht die Atomkerne des Tisches. Zwischen den Atomkernen wirken starke abstoßende Kräfte. (wie zwischen Nordpolen zweier Magnete – aber Vorsicht: Nordpole haben nichts mit elektrischen Ladungen zu tun, magnetische Kräfte sind nicht elektrische Kräfte.) Neutronen erfahren von den Atomen keine abstoßenden Kräfte (so wie ein Aluminiumstück von einem Nordpol keine Kräfte erfährt) 582651739 W.Seyboldt Stand: 9.4.10 Lösungen des Arbeitsblatt - Fragen Kapitel Licht, Buch Astronomie Graf-Zeppelin-Gymnasium 30. S.219: Was sind die drei Aggregatzustände der Materie auf der Erde? (in der Sonne gibt es diese Zustände nicht) Antwort: Fest, flüssig, gasförmig. 31. Wichtig: S.219: Was sind Phasenänderungen? Antwort: Umwandlungen von fest nach flüssig, von flüssig nach gasförmig und von fest nach gasförmig – und zurück. Bei den ersten drei Varianten wird Energie benötigt, bei den letzten drei wird Energie frei. 32. S.219, 220: Was ist Sublimation? Erkläre es mit der Bemerkung, dass die Temperatur ein Maß der mittleren kinetischen Energie ist (nebenbei: Es gilt E k T ). Antwort: Die schnellsten Atome eines Festkörpers gehen in die gasförmige Phase über. 33. S.220: Was ist Dissoziation der Moleküle, was Ionisation der Atome? Was ist ein Plasma? Antwort: Die Moleküle zerfallen in Bestandteile, z.B. H2O in HO- und H+ / Die Elektronen verlassen die Hülle, ein Atom wird zu einem Ion. / Ein Gemisch aus Ionen und Elektronen. 34. S.220: Welche Ladung hat ein vollständig ionisiertes O-Atom? Warum? Antwort: Acht, es hat 8 Protonen im Kern. 35. S.221: Zeichne die Abbildung 5.10 in dein Heft. Antwort: einfach grob abzeichnen. 36. S.221: Was ist Druck? Welches Symbol, welche Einheiten werden verwendet? Antwort: Kraft pro Fläche, p (pressure), Einheit: N/m2 37. S.221: Warum ist der etwa 7000 K heiße Erdkern aus festem Eisen? (siehe auch etwa http://de.wikipedia.org/wiki/Erdkern) Antwort: Der Druck ist sehr hoch. 38. S.222: Warum kann es auf dem Mond kein flüssiges Wasser geben? (Hierbei muss man etwas nachdenken) Antwort: Auf dem ist es 14 Tage lang sehr heiß, da so lange die Sonne scheint und deshalb verdampft alles Wasser. Es wird sogar so heiß, dass es die Mondumgebung verlassen kann – die Gravitationskraft auf dem Mond ist nur 1/6 der auf der Erde. 39. S.222: Auf welche drei Arten enthalten die Atome Energie? Antwort: Sie haben Masse (Masse ist Energie, Einstein: E m c 2 ), kinetische Energie (Bewegungsenergie), elektrische potentielle Energie, die von der Anordnung der Elektronen um den Kern abhängt (Schalen). 40. Wichtig: S.222, 223: Was versteht man unter den Energieniveaus der Atome? (Das muss man nicht anschaulich verstehen, man muss dies einfach als Tatsache der Natur akzeptieren.) Antwort: Die Elektronen können sich nur in bestimmter Entfernung vom Kern aufhalten, sie können nicht jede Menge an Energie aufnehmen oder abgeben. 41. S.223: Wie viel Energie muss ein Photon haben, damit es ein Wasserstoffelektron von der Bahn im Niveau 2 zum Niveau 3 bringen kann? Antwort: 12,1eV -10,2 eV = 1,9 eV (Differenz der Energieniveaus) 42. S.223: Welche Frequenz und Wellenlänge muss eine elektromagnetische Welle haben, wenn es vom Wasserstoffatom ausgesandt wird, weil das Elektron von Bahn 3 auf Bahn 2 springt? (siehe Frage 24 oben). Können wir dieses Licht dann sehen? (siehe Frage 21 oben). Antwort: E 1,9eV 1,9 1,6 1019 J 1,9 1,6 1934 1 E h f f 1,9 10 0, 46 1015 Hz 34 34 h 6,63 10 J s 6,63 10 J s 6,63 s 582651739 W.Seyboldt Stand: 9.4.10 Lösungen des Arbeitsblatt - Fragen Kapitel Licht, Buch Astronomie Graf-Zeppelin-Gymnasium 3 108 ms c 6,5 107 m 650nm f 0, 46 1015 1s Damit kann man das Licht sehen, da man alle elektromagnetischen Strahlen zwischen 400 und 700 nm sehen kann. 43. S.223: Kann ein Elektron auf der Bahn 210 eV an Energie aufnehmen? (Das von Bahn 1 kann es nicht). Vgl. auch Abbildung 5.12 Antwort: ja, es verlässt dann die Hülle und hat noch viel zusätzliche Energie, die ihm eine große Geschwindigkeit geben. 44. S.223: Warum wird die Quantelung der Energieniveaus im Buch als bizarr bezeichnet? Antwort: Dort wird erklärt, dass das für ein Auto bedeuten würde, dass es nur 10 oder 30 km/h schnell fahren kann, aber keinen Wert dazwischen. f c Fragen zu Kapitel 5.4: Vom Licht lernen (BuAstronomie_LichtKap5b) 45. Wichtig: S.224: Was ist Spektroskopie? Antwort: Man leitet einen Lichtstrahl durch ein Prisma oder ein Gitter und erzeugt dadurch ein Spektrum. Jetzt untersucht man die Fraunhoferschen schwarzen Linien und bestimmt damit die Elemente, die im Stern vorhanden sind (Wenn man kein kontinuierliches Spektrum hat, untersucht man die Emissionslinien und bestimmt damit die Elemente der Molekülwolke) 46. Wichtig: S.225: Welche drei Arten von Spektren werden unterschieden? Antwort: kontinuierliches Spektrum, Emissionsspektrum, Absorptionsspektrum (siehe Abb. 5.14 S. 225) 47. S.226: Wie kann man auf der Erde Emissionsspektren erzeugen? Antwort: In Gasentladungsröhren (Neonlampen, Energiesparlampen) werden die Elektronen durch Strom (d.h. Elektronen, die sich durch das Gas bewegen) immer wieder in die hohen Niveaus angehoben, sie senden dann bei der Rückkehr in den Grundzustand Emissionsspektren aus. Dabei werden die Spektren in Energiesparlampen durch Stoffe auf der Oberfläche der Lampe möglichst in ein kontinuierliches Spektrum umgewandet. Siehe etwa http://de.wikipedia.org/wiki/Kompaktleuchtstofflampe#Kennzeichnung_von_Lichtfarbe_ und_-qualit.C3.A4t ) 48. Wichtig: S.227: Wie werden Absorptionsspektren erzeugt? Antwort: Geht ein Lichtstrahl mit einem kontinuierlichen Spektrum durch ein Gas, heben die Photonen die Elektronen in eine höhere Schale, die genau die dafür nötige Energie besitzen. Diese Photonen fehlen dann im Spektrum. Wenn die Elektronen wieder in den Grundzustand zurückkehren, senden sie die Photonen in alle Richtungen aus, also nur ganz wenige in die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls. 49. Wichtig: S.227: Warum werden die absorbierten Energieteile beim Zurückspringen nicht wieder gefüllt? Antwort: Das Licht geht in alle Richtungen, nur ganz wenig in die Richtung des ursprünglichen Lichtstrahls. 50. S.228: Was versteht man unter chemischen Fingerabdrücken? (Genau dies wird auch benutzt, wenn man die Zusammensetzung eines Materials untersucht: Man verdampft einen winzigen Teil und untersucht die Emissions- und Absorptionsspektren des heißen Gases) Antwort: Aufgrund der Emissions- oder Absorptionslinien können wir herausbekommen, welche Elemente im Weltraum vorhanden sind – genau so wie man mit einem Fingerabdruck heraus bekommen kann, wer am Tatort war. 582651739 W.Seyboldt Stand: 9.4.10 Lösungen des Arbeitsblatt - Fragen Kapitel Licht, Buch Astronomie Graf-Zeppelin-Gymnasium 51. S.228, Abbildung 5.17: Welche Elemente kommen im Orionnebel vor? (Man benötigt normalerweise mehrere Linien für ein Element) Antwort: He, Ne, O 52. S.228: Was sind Molekülbanden? Antwort: Das sind sehr viele eng beieinander liegende Linien. Sie werden normalerweise von Molekülen erzeugt. 53. Wichtig: Wie hat man die chemische Zusammensetzung des Universums bestimmt? (Das war wirklich viel Arbeit von vielen Menschen!) Antwort: Man hat von allen Elementen und vielen einfachen Molekülen die Emissionsspektren bestimmt und dann mit den Spektren vieler Tausend Sterne verglichen. 54. S.229: Welche Photonen können eine Gaswolke nicht passieren? Sind dies viele? Antwort: 55. Wichtig: S.229: Was ist ein schwarzer Körper? Antwort: Ein schwarzer Körper (oder ein schwarzer Strahler, siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzer_K%C3%B6rper) ist das idealisierte Objekt, das alle Photonen absorbiert, kein Licht reflektiert oder durchgehen lässt. 56. S.229: Wie wird das Verhalten der Photonen in einem schwarzen Körper beschrieben? Antwort: Sie werden sehr oft absorbiert und neu emittiert (Dabei ändern sich die Energien evtl.). Dadurch bekommen Sie Energieverteilung der Materie, die sie oft absorbiert und wieder emittiert. 57. Wichtig: S.229, 230: Wovon hängt die von einem schwarzen Körper ausgestrahlte elektromagnetische Strahlung nur noch ab? Wie nennt man diese? Antwort: Die Schwarzkörperstrahlung hängt nur von der Temperatur des schwarzen Körpers ab. Man nennt sie Schwarzkörperstrahlung oder thermische Strahlung, Wärmestrahlung, thermisches Spektrum. 58. (Mit der Formel umgehen können, sie aber nicht auswendig wissen) S.230: Was besagt das Stefan-Boltzmann-Gesetz? (siehe auch S.234, Mathematische Einblicke 5.2, dort seht die Formel des Stefan-Boltzmann-Gesetzes. Notiere sie auch im Heft: Die pro Sekunde und pro m2 abgestrahlte Energie, d.h. die Leistung pro Fläche= eines schwarzen Strahlers P W der Temperatur ist T 4 , wobei 5, 7 108 2 4 die Boltzmann-Konstante ist – A mK der Buchstabe sigma ist das griechische s, siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/StefanBoltzmann-Gesetz. Die Rechnungen auf S. 234 lesen und verstehen wir dann, wenn wir auf dieser Seite sind.) Antwort: Jeder m2 eines heißeren Körpers sendet bei allen Wellenlängen mehr Licht aus als ein kälterer Körper. 59. S.230: Wie lautet das Wiensche Verschiebungsgesetz? (Siehe auch wieder S.234, notiere im Heft: Die maximale Strahlungsenergie eines Schwarzen Körpers wird bei der c Wellenlänge max ausgesandt. Dabei ist c=2,9 mm = 2 900 000 nm. Siehe T http://de.wikipedia.org/wiki/Wiensches_Verschiebungsgesetz ) Antwort: Heißere Objekte emittieren Photonen mit einer höheren mittleren Energie als kältere. 60. S.230, 231: Erkläre die Bedeutung der beiden Gesetze wie im Buch beschrieben mit einem Stück Metall, das man erhitzt, ins Feuer hält. Antwort: Kalter Schürhacken sendet nur Wärmestrahlung aus, die wir nur mit den Händen spüren, ab 1500 K beginnt er zu glühe, d.h. er sendet Licht aus. (StephanBoltzmann) 582651739 W.Seyboldt Stand: 9.4.10 Lösungen des Arbeitsblatt - Fragen Kapitel Licht, Buch Astronomie Graf-Zeppelin-Gymnasium Zuerst glüht das Eisen rot, dann blau (Wiensches Verschiebungsgesetz), siehe auch Abbildung 5.20 61. S.230: Abbildung 5.19: Wo ist das Strahlungsmaximum (d.h. die maximale relative Intensität der elektromagnetischen Strahlung pro m2) der Sonne? Antwort: im sichtbaren Licht (Gelbe Kurve hat das Maximum bei etwa 500 nm (grün, erscheint aber weiß, weil alle drei Farbrezeptoren im Auge etwa gleich stark gereizt werden, da ja alle Lichtfarben fast gleich stark vertreten sind – flaches Maximum) 62. Wichtig: S.231: Wie oder warum sieht man schwarze Löcher, obwohl sie kein Licht aussenden? Antwort: Schwarze Löcher sind von sehr heißen Gasscheiben umgeben, die Röntgenstrahlen aussenden, deshalb sieht man schwarze Löcher (indirekt) mit Röntgenteleskopen im Weltall (das Röntgenlicht wird von der Erdatmosphäre absorbiert). 63. S.231: Was kann man über reale Spektren astronomischer Objekte aussagen? Antwort: Fast alle astronomischen Spektren enthalten Kombinationen des kontinuierlichen Spektrums zusammen mit Absorptions- und Emissionsspektren. 64. S.231, 234 und Abbildung S.232/233 (siehe BuAstronomie_LichtKap5b_BildS232.jpg): a. Wie kann man am Spektrum erkennen, dass der Mars rot ist? Antwort: dem vom Mars reflektierten Sonnenlicht fehlt der blaue Anteil, er wird vom Mars absorbiert. b. Gibt es auf dem Mars CO2 – woher wissen wir das? Dort wo die Emissionslinien des CO2-Gases sind, fehlen dem vom Mars reflektierten Licht Anteile, das Gas hat dieses Licht absorbiert und in alle Richtung wieder ausgesandt, nicht nur in die Richtung der Erde. c. Weshalb meinen die Astronomen, dass die Marsatmosphäre heißes Gas enthält? Antwort: im Ultravioletten Teil des Masspektrums befinden sich Emissionslinien d. Weshalb können wir die Temperatur der Marsoberfläche bestimmen? Wie warm ist des dort, in K und in °C? Antwort: Im Infraroten Teil des Spektrums befindet sich ein Buckel, der im Sonnenlicht nicht zu sehen ist. Er stammt vom Mars selbst, er entspricht seiner thermischen Temperatur. Seine Temperatur ist etwa 225 K = -48°C. e. Warum ist der Buckel der Wärmestrahlung wohl so dick, entspricht nicht der Schwarzkörperstrahlung? Antwort: Der Mars ist nicht überall gleich warm. f. Sieht das Spektrum des Mars immer gleich aus? Denke an den Dopplereffekt, rechts unten (Hierzu muss man etwas nachdenken) Antwort: Es ist nicht immer ganz identisch, die Emissions- und Absorptionslinien sind mal nach links, mal nach rechts verschoben, der Mars bewegt sich mal in Richtung der Erde, mal von ihr weg – je nachdem wo die beiden Körper Erde und Mars sich auf ihrer Kreisbahn um die Sonne bewegen. 65. S.234 (Kasten 5.2): Bei welcher Wellenlänge liegt das Maximum der Sonnenstrahlung (sie ist an der Oberfläche, dort woher das kontinuierliche Spektrum stammt, rund 5900 K warm) Welche Farbe hat dieses Licht, vgl. S. 226 Ab. 5.15 oder http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenlicht ? 2900000 2900000 nm K nm K 492nm Antwort: Es gilt max T 5900K 66. S.234 (Kasten 5.2): Wie viel Energie sendet die Sonne pro Sekunde und m2 aus? (Wieder T=5900K) Antwort: Es gilt Leistung P W W MW 2 T 4 5, 7 108 2 4 T 4 5, 7 108 2 4 59004 70 2 2 m m mK mK m 582651739 W.Seyboldt Stand: 9.4.10 Lösungen des Arbeitsblatt - Fragen Kapitel Licht, Buch Astronomie Graf-Zeppelin-Gymnasium 67. S.234 (Kasten 5.2): Die Erde hat eine Temperatur (T=287 K = 14°C, ohne Treibhauseffekt wäre die mittlere Temperatur der Erdoberfläche -18°C. Der normale Treibhauseffekt erwärmt die Erdoberfläche aber um 32K auf +14°, siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Treibhauseffekt#Treibhausgase) Wie viel Energie strahlt die Erde also pro Sekunde und m2 ab? Leistung P W W W 2 T 4 5, 7 108 2 4 T 4 5, 7 108 2 4 287 4 387 2 Antwort: 2 m m mK mK m 68. Wichtig: S.234 (Kasten 5.2): Zum T-hoch-4-Verhalten der abgestrahlten Energie: Vergleiche die oben unter 67 berechnete abgestrahlte Energie mit der abgestrahlten Energie eines Körpers der Temperatur T=2*287K=574K. Kannst Du das relativ einfach mit der Formel von Boltzmann erklären? Antwort: Wenn man bei T 4 das T verdoppelt, so ist der neue Term um das 24-fache größer. Fragen zu Kapitel 5.5: Dopplerverschiebung (BuAstronomie_LichtKap5b_S233.jpg) 69. Wichtig: Was versteht man unter dem Dopplereffekt des Schalls? Wo kann man ihn hören? Antwort: Das Pfeifen eines Zugs, der auf einen zufährt, ist höher als das Pfeifen eines Zuges, der sich entfernt. 70. Wichtig: Was bedeutet eine Blauverschiebung des Linienspektrums? Antwort: Das Objekt bewegt sich auf uns zu – die Wellenlänge des Lichts wird kleiner. 71. Wichtig: Was bedeutet eine Rotverschiebung des Linienspektrums? Antwort: Das Objekt bewegt sich weg von uns – die Wellenlänge des Lichts wird größer. 72. Kann man aus der Rotverschiebung die Geschwindigkeit des Körpers ablesen? Was kann man stattdessen ablesen? Antwort: Man kann nur die Geschwindigkeitskomponente in Beobachtungsrichtung bestimmen, nicht die senkrecht dazu, siehe Abb. 5.24 73. S. 237, Kasten: Wieso wissen wir, dass sich der Stern Wega mit 13,7 km/s unserer Sonne nähert? Antwort: Die Wasserstofflinie ist leicht zum Roten in verschoben. Daraus berechnet sich die Geschwindigkeit. 74. Wichtig: S. 237: Wieso wissen wir, dass sich der Andromedanebel unserer Milchstraße nähert? Können wir daraus wirklich schließen, dass es zu einer Kollision mit unserer Milchstraße kommt? (Vgl.: Frage 72) Antwort: Die Fraunhoferschen Linien sind zum Rot hin verschoben – allerdings wissen wir nicht, wie groß die Geschwindigkeit senkrecht zur Beobachtungsrichtung ist. 75. S. 237: Abb. 5.25: Wie kann man erkennen, wie schnell sich ein Stern dreht? Antwort: Wenn er sich schnell dreht, werden die Fraunhoferschen Linien breiter. Lese die Zusammenfassungen S. 238 und 239. Fragen des Buches ( AstronomieLicht_Kap5c_Aufgaben.pdf) Bearbeite die Fragen „Zur Erinnerung“ und die „Verständnisfragen“ möglichst sofort nach dem Lesen oder besser noch zwei Tage danach. Die Fragen des „Schnellquiz“ sollten ein paar Tage später bearbeitet werden. Wenn man das Gelernte behalten möchte, sollte man es nach 2, 3 Tagen und nach acht Tagen wiederholen. Bearbeite nach acht Tagen auch ein paar der „Vertiefungsfragen“ und der „Quantitativen Aufgaben“, etwa die Aufgaben 41, 42, 44 und 49-54 582651739 W.Seyboldt Stand: 9.4.10
