Übungen zur Physik III (Atomphysik) Blatt 02

Übungen zur Physik III (Atomphysik)
Blatt 02
Prof. von Keudell, WS 2011/2012
Abgabe bis Mittwoch, 2.11.2011, 12:00, in den Kasten NB5 Süd oder in der Vorlesung
Nur ein Name pro Lösungsblatt, und jedes Blatt mit Namen und Übungsgruppe versehen!
Ansprechpartner ist Dr. Carles Corbella (NB5/167)
Aufgabe 04: Photoeffekt: Ladung einer Kupferkugel (4 Punkte)
Eine Kugel aus Kupfer mit einem Radius von 10 cm wird durch eine monochromatische Lichtquelle mit einer
Wellenlänge von 200 nm beleuchtet. Die Austrittsarbeit A des Kupfers ist 4,47 eV.
Bestimmen Sie:
a) die Ladung, die die anfänglich neutrale Kugel durch das Beleuchten erhält. (2 Punkte)
b) die Leistung der Lichtquelle, unter der Bedingung, dass nur jedes hundertste Photon absorbiert wird
und die Kugel in der ersten Millisekunde nach Einschalten der Quelle geladen wird. (1 Punkt)
Wie ändert sich die Ladung der Kugel, wenn sie mit einer zusätzlichen monochromatischen Lichtquelle mit
der Wellenlänge von 300 nm und der gleichen Leistung beleuchtet wird (1 Punkt)?
Hinweis: Wenn die Kugel geladen ist, müssen die aus dem Kupfer ausgelösten Elektronen auch die
elektrostatische Anziehung überwinden.
Aufgabe 05: Temperatur der Erde (3 Punkte)
Wie groß ist die mittlere Leistungsdichte (in W/m2) der Sonnenstrahlung im Abstand dS-E von der Sonne?
(1 Punkt)
Wie groß wäre die Temperatur der Erde unter der Bedingung, dass sie ein perfekt schwarzer Körper ist und
nur durch die Sonne geheizt wird? (2 Punkte)
Hinweis: Die Sonne sei ein perfekt schwarzer Strahler. Der Radius der Sonne ist rS = 6,95x108 m, die
Oberflächentemperatur der Sonne ist TS=5800 K und der mittlere Abstand Sonne-Erde ist dS-E=1,496x1011 m.
Aufgabe 06: Der Impuls eines Photons (3 Punkte)
Zwei Satelliten mit Masse mS = 100 kg befinden sich im interstellaren Raum (Gravitation vernachlässigbar).
Ein Satellit habe einen Laser an Bord, der kontinuierlich monochromatisches Licht aussendet. Die Leistung
dieses Lasers betrage 1000 W, von der 10% in emittierte Photonen umgewandelt wird. Da jedes emittierte
Photon einen Impuls trägt, wird der Satellit in die entgegen gesetzter Richtung zum Laserstrahl beschleunigt.
Wie groß ist diese Beschleunigung? Vergleichen Sie Ihr Ergebnis mit der Beschleunigung des anderen
Satelliten, der ein Ionentriebwerk verwendet. Dabei werden einfach geladene Xenon-Ionen (mXe = 131,3 amu)
ausgesandt, die mit U = 10 V beschleunigt werden. Die Leistung des Ionentriebwerks, die in die
Beschleunigung der Xenon-Ionen geht, sei P = 100 W.
Hinweis: Der Impuls eines Photons ist p = ħk, mit |k| = 2π/λ.