Welche Reihenfolge der elektromagnetischen Strahlung ist nach zunehmender Wellenlänge korrekt?

Erklärung: Von kurzer zu langer Wellenlänge: Gammastrahlung < Röntgen < UV < sichtbares Licht < Infrarot < Mikrowellen < Radiowellen.

Auf der Sonne starten gleichzeitig ein Radiosignal und ein Röntgenblitz Richtung Erde. Beide treffen nach derselben Zeit ein.

Erklärung: Richtig. Im Vakuum breiten sich alle elektromagnetischen Wellen mit derselben Geschwindigkeit c ≈ 3·10⁸ m/s aus — unabhängig von ihrer Wellenlänge.

Sichtbares Licht hat Wellenlängen im Bereich von etwa 400 nm (violett) bis ___ nm (rot).

Erklärung: Das sichtbare Spektrum reicht von ca. 400 nm (violett/blau) bis ca. 700 nm (rot).

Berechne die Frequenz von grünem Licht (λ = 550 nm) in THz. (c = 3·10⁸ m/s; 1 THz = 10¹² Hz). Runde auf ganze THz.

Erklärung: f = c/λ = 3·10⁸ / (550·10⁻⁹) = 3·10⁸ / 5,5·10⁻⁷ = 5,45·10¹⁴ Hz = 545 THz.

Welches Phänomen erklärt das Wellenmodell des Lichts NICHT?

Erklärung: Der Photoeffekt (Herauslösen von Elektronen durch Licht) kann nur mit dem Photonenmodell erklärt werden: E = h·f. Das Wellenmodell versagt hier; Interferenz und Beugung dagegen sind seine Paradebeispiele.

Infrarotstrahlung hat eine höhere Frequenz als sichtbares Licht.

Erklärung: Falsch. Infrarot hat eine größere Wellenlänge und damit niedrigere Frequenz als sichtbares Licht (f = c/λ: größeres λ → kleineres f).

Im Photonenmodell hat jedes Photon die Energie E = ___ · f.

Erklärung: E = h·f (h = Planck'sches Wirkungsquantum ≈ 6,63·10⁻³⁴ J·s). Die Energie eines Photons ist proportional zur Frequenz.

Extrem lichtschwaches Licht fällt auf einen Doppelspalt; ein empfindlicher Schirm registriert Photon für Photon. Was zeigt der Schirm nach langer Zeit?

Erklärung: Das ist der Welle-Teilchen-Dualismus in einem Bild: Jedes Photon kommt als einzelner Punkt an (Teilchenaspekt), aber die Verteilung der vielen Punkte folgt dem Interferenzmuster der Welle. Zwei getrennte Streifen zeigte nur ein reiner Kügelchen-Strom — den es nicht gibt.

Radiowellen mit f = 100 MHz: Berechne die Wellenlänge in Metern.

Erklärung: λ = c/f = 3·10⁸ / (100·10⁶) = 3·10⁸ / 10⁸ = 3 m.

UV-Strahlung hat mehr Energie pro Photon als rotes Licht.

Erklärung: Richtig. UV hat eine kürzere Wellenlänge und höhere Frequenz als rotes Licht. Da E = h·f, ist die Photonenenergie von UV größer.

Welche Anwendung nutzt Mikrowellenstrahlung?

Erklärung: Mikrowellen (λ ≈ mm–cm) regen Wassermoleküle in Speisen zu Schwingungen an und erwärmen sie so. Röntgenaufnahmen nutzen Röntgenstrahlung, UV bräunt die Haut.

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt c ≈ 3 · 10___ m/s.

Erklärung: c ≈ 3·10⁸ m/s = 300 000 km/s.

Röntgenstrahlung mit λ = 0,1 nm: Berechne die Frequenz in Hz als Potenz von 10 (gib den Exponenten an).

Erklärung: f = c/λ = 3·10⁸ / (0,1·10⁻⁹) = 3·10⁸ / 10⁻¹⁰ = 3·10¹⁸ Hz. Der Exponent (Größenordnung) ist 18.

Welche elektromagnetische Strahlung wird von der Erde als Wärmestrahlung abgegeben?

Erklärung: Die Erde gibt aufgrund ihrer Temperatur hauptsächlich Infrarotstrahlung ab. Je heißer ein Objekt, desto kurzwelliger seine Strahlung (Wien'sches Verschiebungsgesetz).

Elektromagnetische Wellen benötigen ein Medium zur Ausbreitung.

Erklärung: Falsch. Elektromagnetische Wellen breiten sich auch im Vakuum aus — im Gegensatz zu mechanischen Wellen (Schall), die ein Medium brauchen.

Aufgabe 1 von 15