Inhalt: Entstehung der Polarlichter Experimente am Fadenstrahlrohr

Präsentation zum Thema: "Inhalt: Entstehung der Polarlichter Experimente am Fadenstrahlrohr"—  Präsentation transkript:

1 Inhalt: Entstehung der Polarlichter Experimente am Fadenstrahlrohr

2 Sonnenwinde bestehen hauptsächlich aus Protonen, Heliumkernen und Elektronen Grund: Sonnenstürme Gesamtmasse von ca. 1 Mio. Tonnen pro Tag Geschwindigkeit von km/s Dichte in Erdnähe von ca. 5*10^6 Teilchen pro m³ alle 11 Jahre besonders stark (u.a. auch 2013)

3 Beeinflussung des irdischen Magnetfelds
Sonnenwinde verformen das irdische Magnetfeld kometenschweifartig auf der Nachtseite

4 Van-Allen-Gürtel besonders hohe Teilchenstrahlung
in bis zu km Höhe über der Erdoberfläche Bestehen aus Protonen und Elektronen, die von den Sonnen- winden stam- men

5 Bewegung der Teilchen im Erdmagnetfeld
Protonen und Elektronen dringen ins Magnetfeld der Erde ein Bewegung: - entlang der Van-Allen-Gürtel - oszillieren zwischen den Polen (ggf. mehrere Monate lang) - in Spirallinien

6 Prinzip der magnetischen Flasche
Lorentzkraft: - senkrechte Komponente: Kreisbewegung - parallele Komponente: Spiralbahnen Hinweis: hier zunächst homogenes Magnetfeld

7 Prinzip der magnetischen Flasche
Magnetfeld inhomogen und an den Polen stärker Ständige Änderung des Radiusses rückwärtige Komponente der Lorentzkraft bei kleinem Radius in Polnähe  Teilchen kehren um

8 Stoßanregung und Lichtemission
Elektronen treffen auf in Erdatmosphären enthaltene Teilchen Freisetzung von Energie Heben der Elektronen dieser Teilchen auf höhere Schale Zustand instabil Rückfall in Grundzustand wieder Freisetzen der eingesetzten Energie in Form von Photonen (Energieerhaltung) = Lichtemission

9 Färbung Farbe abhängig von angeregten Teilchen
elementarer Sauerstoff: weiß-grün Stickstoffmoleküle: rosa-rot bis violett bei einprotonigen Atomen (wie z.B. Wasserstoff) : Abhängigkeit von Schale, auf die das Elektron gehoben Wird Berechnung durch Rydbergformel möglich

10 Färbung

11 Auftrittsgegenden zwischen 60. und 75. nördlichen und südlichen Breitengrad in einem Oval um magnetischen Pol zentriert magn. nicht gleich geographischer Pol  Im Laufe des Tages verschiedene Orte unter Polarlichtgürtel Hinweis: Van-Allen-Gürtel zw. Diesen Breitengraden innerhalb Edatmosphäre

12 Intensität keine Anhängigkeit von Jahreszeiten
alle 11 Jahre aufgrund des Sonnenzyklusses besonders stark selten sogar (wenn auch schwach) im Mittelmeerraum zu sehen

13 Experimente am Fadenstrahlrohr
Nochmal kurz wiederholen: Zerlegung der Geschwindigkeitskomponente => Spiralbewegung

14 Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen Versuch und Realität
+ Spiralförmige Bewegung + beschleunigte Teilchen, die auf Magnetfeldlinien treffen Versuch: homogenes B-Feld Realität: inhomogenes B-Feld Versuch: nur Lichtemission von Wasserstoff Realität: auch Lichtemission anderer Stoffe Hinweisen:  im Versuch kein oszillieren

15 Herleitung einer Formel für den Windungsabstand
kürzen mit Wurzelgesetzen vereinfachen

16 Zu beweisende Proportionalitäten
Kleinwinkelnäherung des Sinus

17 Versuchsaufbau Messen des Magnetfelds mit einer Hallsonde
Messen der Anodenspannung mit einem Voltmeter Messen von α durch Skalierung

18 Messwerte

19 Auswertung Werte sehr genau  Formel gut geeignet für Berechnungen
Veränderung von α Werte sehr genau  Formel gut geeignet für Berechnungen bei der Veränderung der Spannung nicht immer klare Wertepaare  Werte dieser Messreihe am ungenausten Veränderung von B Hinweis: l1 = gemessen; l2 = berechnet Veränderung von U

20 Vielen Dank fürs Zuhören! 