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Übung zur Vorlesung PNII
“Physik für Chemiker und Biologen”
Sommersemester 2007
Nadja Regner und Thomas Schmierer, Department für Physik, LMU München
7. Übung (Besprechungstermine 04./08.06.2007)
Aufgabe 19: Here comes the sun
Die Solarkonstante beträgt 1367 W/m2 und der Abstand Sonne–Erde beträgt 8 Lichtminuten. Schätzen
Sie daraus die Strahlungsleistung der Sonne ab. Wie groß ist die Strahlungsintensität auf der Oberfläche der Sonne? (Verwenden Sie für die Berechnung einen Sonnendurchmesser von 1, 39 · 106 km.)
Aufgabe 20: Der kurze Puls
Um chemische Reaktionen in Echtzeit verfolgen zu können, braucht man ein Experiment, das Vorgänge
beobachten kann, die auf der Zeitskala der Bewegung von Atomen in Molekülen ablaufen. Mit einem
IR-Spektrometer findet man, dass eine C-Cl Schwingung mit Licht der Wellenlänge von 17 µm angeregt wird. Wie groß ist die Periodendauer dieser Schwingung und dementsprechend die benötigte
Zeitauflösung, um zum Beispiel die Dissoziation einer C-Cl Bindung zu verfolgen?
Mit Lasertechnik sind solche Experimente heute möglich! Ein hierfür typischer Laserimpuls habe eine
Energie von 1 mJ und einen Strahlradius von 2 mm. Die Pulsdauer betrage 50 fs, und die Energiedichte
sei während des Pulses konstant.
(a) Wie lang ist der Impuls räumlich und wie hoch ist die Energiedichte innerhalb des Pulses?
(b) Berechnen Sie die elektrische und die magnetische Amplitude des Laserimpulses.
(c) Vergleichen Sie die elektrische Amplitude des Impulses mit dem elektrischen Feld eines Protons im
Abstand von 0,53 Å (Bohrscher Radius).
(d) Erklären Sie jetzt noch, warum das Produkt aus Lichtgeschwindigkeit und Energiedichte die Intensität ergibt.
Aufgabe 21: Die elektromagnetische Welle
Aus den Maxwell-Gleichungen lässt sich ableiten dass elektromagnetische Wellen folgenden Differentialgleichungen genügen müssen:
1 ∂ 2 Ex
∂ 2 Ex
−
=0
∂z 2
c2 ∂t2
Zeigen Sie durch einsetzen, dass die harmonische Welle Ex (z, t) = E0 · sin(ωt − kz) eine Lösung dieser
Differentialgleichung ist. Wie lautet die analoge Beziehung für das magnetische Feld und in welcher
Beziehung stehen im vorliegenden Fall die Richtung des E-Feldes, des B-Feldes und die Ausbreitungsrichtung zueinander?
Aufgabe 22: Ich und meine Sonnenbrille
Es ist der 25. Juli, die Hitze ist fast unerträglich, die Sonne blendet trotz Sonnenbrille und Sie stehen
mit Ihrem Auto ohne Klimaanlage an der Ampel. Um etwas mehr Frischluft aus dem Gebläse abzubekommen neigen Sie ihren Kopf zur Seite. Dabei fällt Ihnen auf dass dabei die Anzeige auf ihrem
Autoradio verschwindet. Skeptisch richten Sie den Kopf auf und die Anzeige auf dem Display erscheint
wieder. Erstaunt nehmen Sie die Brille ab und neigen wieder den Kopf zur Seite, dieses Mal passiert
nichts. Dieser Effekt war Ihnen noch nie zuvor aufgefallen, doch da Sie im gerade endenden Semester
die Vorlesung in Physik aufmerksam besucht hatten, können Sie sich natürlich denken was es damit
auf sich hat ...