Aufgaben zum Physikclub Thema: Quantenmechanik
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Aufgaben zum Physikclub Thema: Quantenmechanik 25. Januar 2007 Aufgabe 1: Welle und Teilchen 1 Fragen • Frage 1.1: Elektron 1 Wie groß ist die Energie eines Photons mit Wellenlänge 526 nm? • Frage 1.2: Elektron 2 Wie groß ist die Wellenlänge, Frequenz und Energie in Joule eines Elektrons der Energie 2 eV? • Frage 1.3: Hochspannungsmast Wie groß ist Wellenlänge und Energie eines Photons, das von einer Hochspannungsleitung mit 50 Hz Wechselspannung ausgesandt wird? Wie groß ist die Wellenlänge verglichen mit sichtbarem Licht? • Frage 1.4: Sonnenbrand Um die Chemischen Verbindungen in Zellen unserer Haut zu lösen (und damit Sonnenbrand auszulösen), muss die Photonenenergie etwa 3,5 eV besitzen. Welcher Wellenlänge entspricht dies? • Frage 1.5: Glühbirne Eine Leuchtdiode, die eine Leistung von 1 W erbringt, sendet grünes Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm aus. Wie viele Photonen sendet sie pro Sekunde aus? • Frage 1.6: Photonenimpuls Welchen Impuls besitzt ein Photon roten Lichts, das eine Wellenlänge von 700 nm hat? 1 Aufgaben aus Alvin Halpern: 3000 Solved Problems in Physics 1 • Frage 1.7: Photon und Elektron Ein ruhendes Elektron wird in einem Potenzial von 114 mV beschleunigt. Welche Wellenenlänge muss ein Photon haben, damit sein Impuls gleich dem des Elektrons ist? • Frage 1.8: Photonenantrieb Ein Satellit, dessen erdzugewandte Seite völlig reflektierend ist, soll mit einem Laserstrahl (rotes Licht, λ = 663 nm) von der Erde aus beschleunigt werden. Wie viele Photonen müssen den Satelliten treffen, dass die auf ihn wirkende Kraft der Gewichtskraft einer halben Tafel Schokolade entspräche (50 g)? Was bedeutet das für die Leistung des Lasers? Wieso wäre eine Grlühbirne hierfür eine denkbar schlechte Wahl? • Frage 1.9: Lichtelektrischer Effekt Ein Photon der Wellenlänge 200 nm löst ein Elektron aus einer Metalloberfläche. Die Energie des Elektrons beträgt 1.5 eV. Wie groß ist die Austrittsarbeit des Metalls? • Frage 1.10: Ionisierter Wasserstoff Ein 60 nm-Photon ionisiert ein einzelnes Wasserstoffatom (also H, kein H2 ). Wasserstoff hat eine Ionisierungsenergie von 13,6 eV. Wie schnell ist das Elektron nach der Ionisation, wenn man annimmt, dass der Atomkern sich nicht bewegt. 2
