Licht und das elektromagnetische Spektrum
Energie von der Sonne
Nahezu die gesamte (99,97%) Energie, die wir auf der Erde haben, stammt von der Sonne. Das sind durchschnittlich 340 Joule/Sekunde für jeden Quadratmeter der Erdoberfläche.
Solarenergie ist Kernenergie. Sie stammt aus den Fusionsreaktionen, die in der Sonne stattfinden. Bei einer Fusionsreaktion verschmelzen zwei kleine Atomkerne zum Kern eines größeren Atoms. Bei diesem Prozess wird ein Teil der Masse in Energie umgewandelt. Nachfolgend ist eine typische Fusionsreaktion dargestellt. Ein Wasserstoffisotop, Deuterium oder 2H, verbindet sich mit einem anderen Wasserstoffisotop, Tritium oder 3H, zu Helium und einem Neutron.
Der Deuteriumkern besteht aus einem Proton und einem Neutron mit einer Atommasse von genau 2,0. Tritium hat 1 Proton und 2 Neutronen (3,0 amu). Der Heliumkern hat eine Masse von 3,98 amu und das freie Neutron beträgt 1,0 amu. Bei dieser Reaktion wird ein Teil der Masse, 0,02 amu, in Energie umgewandelt.
Denken Sie daran, dass das Joule (J) die Standardeinheit für Energie ist. Wir können jede andere Energieeinheit in Joule oder Kilojoule (kJ) umrechnen. Es gibt viele Online-Umrechnungsprogramme, die bei den Berechnungen helfen. Zum Beispiel ist 1 Joule gleich 1 (Kilogramm)(Meter)2/(Sekunden)2.
In der letzten Vorlesung hast du gesehen, dass die Sonne, wie jedes andere heiße Objekt, ihre Energie in diskreten „Strahlen“ abgibt, die einige Eigenschaften von Teilchen und einige Eigenschaften von Wellen haben. Wir nennen sie elektromagnetische Strahlung.
Es gibt eine Energieverteilung der Strahlung, die der Verteilung der kinetischen Energien von Atomen und Molekülen in einer Substanz ähnlich ist. Die meisten Graphen von Energieverteilungen haben eine ähnliche Form.
Beachte, dass die Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts nahe an der durchschnittlichen Energie des Sonnenspektrums liegt, aber es gibt eine ganze Reihe von Strahlung, die mehr und weniger energiereich ist als diese.
Du strahlst auch Energie ab. Die Strahlung eines Körpers von etwa 310 K liegt im Infrarotbereich.
Elektromagnetische Strahlung
Elektromagnetische Strahlung ist die Energieform, die Licht, Wärme und Röntgenstrahlen umfasst. Sie kann mit einem sinusförmigen Wellenmodell beschrieben werden, bei dem die Eigenschaften der Strahlung von der Wellenlänge, der Frequenz und anderen Parametern der Welle abhängen. Für manche Zwecke ist es sinnvoller, die Energie als einen Strom von Lichtteilchen, den Photonen, zu beschreiben, wobei die Energie der Photonen proportional zur Frequenz der Strahlung ist.
Welleneigenschaften der elektromagnetischen Strahlung:
- Amplitude (A): Die Höhe der Welle
- Wellenlänge (λ): Der Abstand zwischen zwei Scheitelpunkten der Welle
- Scheitel und Tiefpunkt: Der höchste bzw. tiefste Punkt einer Welle
- Lichtgeschwindigkeit ( c ): Die Geschwindigkeit, mit der sich eine Strahlung durch ein Vakuum bewegt. Diese Größe ist für alle Formen elektromagnetischer Strahlung, von Röntgenstrahlen über Licht bis hin zu Radiowellen, gleich und innerhalb eines bestimmten Transportmediums konstant.Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt 2,99792 x 108 m/s. Die Lichtgeschwindigkeit in Luft ist nur 0,03 % langsamer, und c wird in beiden Medien gewöhnlich einfach auf 3,00 x 108 m/s aufgerundet.
- Frequenz (ν): Die Anzahl der Wellen, die einen festen Punkt pro Sekunde passieren
- Periode (T): Die Anzahl der Sekunden, die eine Welle braucht, um einen festen Punkt zu passieren
- ν = 1/T – Die Frequenz der Welle ist der Kehrwert der Periode.
- λ ν = c (oder ν = c/λ) – das Produkt aus Frequenz und Wellenlänge ist die Lichtgeschwindigkeit. Alternativ ist die Frequenz einer Welle umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit.
- E = hν = hc/λ , wobei h die Planck-Konstante ist, 6,626 x 10-34 – Die Energie der Strahlung ist gleich der Plank-Konstante multipliziert mit der Frequenz der Strahlung.
Das elektromagnetische Spektrum
Obwohl sich alle Wellen der elektromagnetischen Strahlung mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, haben die verschiedenen Arten von Wellen sehr unterschiedliche Wellenlängen, Frequenzen und Energien. Je kürzer die Wellenlänge der Strahlung ist, desto höher ist die Frequenz und desto größer ist die Energie. Das elektromagnetische Spektrum reicht von der Gammastrahlung (γ), die die kürzeste Wellenlänge, die höchste Frequenz und die größte Energie hat, bis zu den Radiowellen, die die längste Wellenlänge und die niedrigste Frequenz und Energie haben.
Ultraviolettes Licht (UV) wird in drei Bereiche unterteilt:
- UV A, Wellenlänge = 400 – 320 nm
- UV B, Wellenlänge = 320 – 280 nm
- UV C, Wellenlänge =
Sichtbares Licht liegt zwischen 750 nm (rot) und 400 nm (violett). Erinnern Sie sich an Roy G. Biv?ZurückKompassTabellenIndexEinführungNächste