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KZO Wetzikon Untersuchung von Sternenlicht Astronomiefreifach HS 2001/2002 Stefan Leuthold.

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Präsentation zum Thema: "KZO Wetzikon Untersuchung von Sternenlicht Astronomiefreifach HS 2001/2002 Stefan Leuthold."—  Präsentation transkript:

1 KZO Wetzikon Untersuchung von Sternenlicht Astronomiefreifach HS 2001/2002 Stefan Leuthold

2 Folie Nr. 2 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Geometrische Optik: Licht als Strahl  Reflexion (Umbeugung)        Refraktion (Brechung)

3 Folie Nr. 3 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Licht als Welle  Dispersion  Absorption

4 Folie Nr. 4 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Licht als Welle |2  Warum ist Glas durchsichtig?

5 Folie Nr. 5 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Licht als Welle |3  Polarisation

6 Folie Nr. 6 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Licht als Welle |4  ~       h · A v v  ·  Beschreibung einer Welle

7 Folie Nr. 7 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Licht: Atommodell  Elektronen bewegen sich auf Schalen um den Atomkern (energetisch günstig).  Um ein Elektron vom Kern wegzuziehen (+ und – ziehen sich an) muss man Energie aufwenden, wenn das Elektron näher an den Kern herankommt, wird Energie frei. e–e– p + | n H C

8 Folie Nr. 8 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Licht |2 E  Erhält das Elektron Energie springt es von der K-Schale auf die M-Schale.  Wieviel Energie? Wenn die Schalen Energie- zustände darstellen gibt es eine bestimmte Menge Energie, die not- wendig ist, um von der K-Schale auf die M-Schale zu springen. K L M N

9 Folie Nr. 9 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Beispiele K: -13,6 eV L: -3,39 eV M: -1,51 eV Energie wird frei: 10,21 eV Energie be- nötigt: 1,88 eV K: -13,6 eV L: -3,39 eV M: -1,51 eV

10 Folie Nr. 10 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Licht |3  Diese so erhaltene Energie entspricht gemäss E = h · einer Frequenz und damit einer Farbe.  Energie in Elektronenvolt 1 eV = 1,602 · J Planck‘sche Konstante h = 6,62608 · Js Lichtgeschwindigkeit c = 299‘792‘458 m / s Übungen a) Berechne Frequenz und Wellenlänge der Photonen von Folie 9. b) Photonenenergie beträgt für rotes Licht etwa 1,65 eV und für ultraviolettes Licht etwa 12,4 eV. Stimmt das?

11 Folie Nr. 11 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Licht |4  Die berechneten Energiewerte der Schalen gelten nur für das Wasserstoffatom, die komplizierte Rechnung müsste für jedes andere Atom wiederholt werden - erst dann kann man die Photonenenergien bei Elektronensprüngen zwischen Schalen von anderen Atomen bestimmen.  Sprünge von oder auf die erste Schale nennt man die Lymann-Serie, Sprünge von oder auf die zweite Schale die Balmer-Serie, danach kommen Paschen-, Brackett- und Pfund-Serie.

12 Folie Nr. 12 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Licht |  Während die Lymann- Serie komplett im unsichtbaren Bereich liegt, entsprechen die Energien der Balmer- Serie Photonen im sichtbaren Bereich (vgl. Übungen Folie 10).  Die Linien werden mit H , H , H  usw. be- zeichnet.

13 Folie Nr. 13 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Spektrum

14 Folie Nr. 14 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Spektrum |2

15 Folie Nr. 15 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Balmer Serie: Wasserstofflinien H  n=2 auf n= nm H  n=2 auf n= nm H  n=2 auf n=5 434 nm H  n=2 auf n= nm  Wenn wir Sternenlicht auffächern in das Spektrum sagen uns die Spektrallinien, von welchen Atomen das Licht des Sternes stammt.

16 Folie Nr. 16 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Meiste e – im Zustand n=1 Balmer-Serie schwach Kühler Stern T < 7000 K Mittlerer Stern T ≈ 10‘000 K Sehr viele e – im Zustand n=2 Balmer-Serie stark Temperatur und Linienstärke Heisser Stern T > 20‘000 K Meiste e – im Zustand n≥3 Balmer-Serie schwach  Je grösser T, destö höher die Energiezustände

17 Folie Nr. 17 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Temperatur und Linienstärke |2 Violette Sterne sind sehr heiss mit schwachen Balmer-Linien Bläuliche Sterne sind heiss mit den stärksten Balmer-Linien Gelbliche Sterne sind mässig heiss mit schwachen Balmer-Linien Rote Sterne sind kalt mit schwachen Balmer-Linien

18 Folie Nr. 18 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Spektralklassen  Mit dem Zusammenhang zwischen Spektrum und Temperatur teilt man die Gesamtheit aller Stern ein in die folgenden Spektralklassen:

19 Folie Nr. 19 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Spektren

20 Sonnenspektrum (G-Stern)

21 Folie Nr. 21 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Beispiele B O/A F G M

22 Folie Nr. 22 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Analyse des Spektrums Entfernung zum Stern Spektrum des Sterns Mathematik (Physik) Temperatur des Sterns Grösse des Sterns Bewegung des Sterns

23 Folie Nr. 23 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Analyse des Spektrums |2  Eine genauere Analyse eines Spektrums bekommt man, wenn man statt der Absorptionslinien alleine auch die Intensität betrachtet: Wellenlänge Intensität Absorptionsspektrum Emissionsspektrum

24 Folie Nr. 24 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Analyse des Spektrums |3 Intensität Wellenlänge Ultraviolett, Rönten-, Gammastrahlen Sichtbares Licht Infrarot

25 Folie Nr. 25 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Analyse des Spektrums |4 Intensität Wellenlänge Absorbierte Wellenlänge

26 Folie Nr. 26 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Analyse des Spektrums |5  Nun sucht man den Zusammenhang der Eigenschaften eines Sternes mit der Form des Spektrums:  Welche Eigenschaften des Sterns bestimmen Höhe, Wellenlänge (= Farbe) mit maximaler Intensität, und Breite des Spektrums?  Weshalb sind Linien verschoben gegen rot oder gegen blau oder weshalb wird eine Linie verschmiert und schwächer?

27 Folie Nr. 27 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Schwarzkörperstrahlung  Definition Schwarzkörperstrahlung := Alle einfallende elektromagnetische Strahlung wird absorbiert. Der schwarze Körper erhält dadurch eine Temperatur, weshalb er selbst wieder strahlt gemäss idealisierten Gesetzen.  Gesetz von Stefan-Boltzmann  : Stefan-Boltzmann-Konstante  Wien‘sches Verschiebungsgesetz a = 0,00289 m·K E =  T 4 =   

28 Folie Nr. 28 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Schwarzkörperstrahlung |2  Die Lage des Maximums und die Intensität lassen auf die Temperatur schliessen. Intensität Wellenlänge Sonne kälter als Sonne heisser als Sonne Je weiter rechts das Maximum, desto kälter der Stern.

29 Folie Nr. 29 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht.  Die Form der Kurve lässt auf die Temperatur schliessen. Schwarzkörperstrahlung |3 Intensität Wellenlänge Sonne kälter als Sonne (Arktur, Aldebaran) heisser als Sonne (Rigel, Sirius)

30 Folie Nr. 30 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Spektralverschiebung Intensität Wellenlänge Stern mit rotverschobenem Spektrum Stern mit blauverschobenem Spektrum Sonne  Das gleiche Spektrum (:= identische Anordnung und Breite der Linien) kann bei verschiedenen Sternen rot- oder blauverschoben sein.

31 Folie Nr. 31 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Spektralverschiebung |2 Spektrum eines Objektes, das sich gegenüber der Erde nicht bewegt Objekt bewegt sich schnell auf Erde zu:  Blauverschiebung Das Objekt bewegt sich schnell auf die Erde zu, es kommen in gleichen Zeitabschnitten immer mehr Wellen an, Wellenlänge wird kürzer.

32 Folie Nr. 32 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Spektralverschiebung |3 Spektrum eines Objektes, das sich gegenüber der Erde nicht bewegt Objekt bewegt sich schnell von Erde weg:  Rotverschiebung Das Objekt bewegt sich schnell von Erde weg, es kommen immer weniger Wellen in gleichen Zeitabschnitten an, Wellenlänge wird länger.

33 Folie Nr. 33 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Verbreiterung des Spektrums Wellenlänge Intensität Wellenlänge Intensität Kalter Stern Heisser Stern  In heissen Sternen bewegen sich die einzelnen Partikel sehr schnell und senden so mehr rot- bzw. blauverschobenes Licht aus.

34 Folie Nr. 34 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Welches Spektrum sieht man? Schwarzkörper- Strahler Kontinuierliches Spektrum Emissionsspektrum des Gases Absorptionsspektrum des Gases

35 Folie Nr. 35 Astronomie. Untersuchung von Sternenlicht. Astronomie ist schön. Credits: Die meisten PowerPoint Graphiken sind zusammengestohlen von der Swinburne University (http://astronomy.swin.edu.au/) Die Fotos sind aus Büchern und dem Internet gestohlen.


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