Energie von Licht?
Hallo, ich mach es ganz kurz.
Ist langwelligeres Licht (rot) , oder kurzwelliges Licht (blau/UV) energiereicher?
5 Antworten
Wenn Filme bearbeitet werden sollen, dann erfolgt dies in einer Dunkelkammer. Aber so dunkel ist es dort nicht, denn man will ja beim Bearbeiten etwas sehen. Man verwendet dort ein Licht, das sehr energiearm ist, und den Film nicht beschädigt. Die Farbe des Lichts ist ..........
»Mehr Energie« kann man pauschal so nicht sagen.
Kurzwelliges Licht hat eine höhere Photonenenergie, d.h. die gesamte Lichtenergie besteht aus energetisch »dickeren Portionen«, Photonen genannt, mit der Energie
(1) ϵ = h·f = h·c/λ = ħω.
So erklärte
- 1900 Max Planck sein Strahlungsgesetz und
- 1905 Albert Einstein die Tatsache, dass es einer gewissen Mindestfrequenz bedarf, den photoelektrischen Effekt auszulösen.
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Punkt 2 ist einfacher zu erklären: Der photoelektrische Effekt besteht darin, dass in einer evakuierten Röhre Licht aus einem Metall Elektronen herauslöst, was zu einem Stromfluss führt.
Licht unterhalb einer Schwellenfrequenz ω₀ (die vom Metall abhängt, edlere Metalle brauchen eine höheres ω₀) löst den Effekt nicht aus, egal, wie hell es ist.
Dies erklärt Einstein damit, dass die Photonen nur einzeln auf die Elektronen einwirken, ähnlich wie Tritte auf einen in einer Kuhle liegenden Fußball. Ein hinreichend kräftiger Tritt befördert den Ball hinaus, während noch so viele zu schwache Tritte es nicht schaffen, selbst wenn ihre Gesamtenergie noch so groß wäre.
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Bei Punkt 1 muss man etwas ausholen: Jeder weiß ja, dass Gegenstände in Abhängigkeit von ihrer Temperatur T glühen. Im fern-infraroten Licht leuchten sie schon bei Zimmertemperatur, was man in Wärmebildkameras ausnutzt.
Das funzt, weil Luft nicht genauso glüht, auch wenn sie ebenso warm ist, denn sie ist durchsichtig und absorbiert praktisch kein Licht. Je mehr Strahlung ein Körper absorbieren kann, desto mehr kann er auch emittieren. Am meisten emittiert ein schwarzer Körper, der in praxi allerdings nur näherungsweise erreichbar ist.
Das Emissionsspektrum eines schwarzen Körpers entspricht dem Spektrum der Strahlung in einem lichtdichten Kasten, etwa einem mit Wänden aus Metall, wo sie stehende Wellen mit den Wänden als Knotenflächen bildet.
Nun kann man sich jede so genannte Schwingungsmode als einen harmonischen Oszillator vorstellen, wobei die Idee ist, dass jeder im zeitlichen Mittel die gleiche Energie
(2) τ = k_B·T
(k_B Boltzmannkonstante) hat, wenn es keinen besonderen Grund dagegen gibt (s.u.).
Die Anzahl der Schwingungsmoden einer Kreisfrequenz ω in einer 3D-Box ist proportional zu ω², sodass dies eigentlich auch für die Energie pro Kreisfrequenz gelten sollte (Strahlungsgesetz von John William Strutt, 3. Baron Rayleigh, und James Jeans).
Wenn dies stimmte, müsste die Energiedichte in so einem Kasten aber immer unendlich hoch sein, und zwar vor allem im Bereich beliebig hoher ω; außerdem wäre dann nicht die spektrale Verteilung von der Temperatur abhängig. Das ist es aber, wie jeder von glühenden Gegenständen weiß.
Planck nahm nun an, dass es gegen die Gleichverteilung der Energie auf die Schwingungsmoden sehr wohl einen besonderen Grund gibt (s.o.):
Für relativ kleine Kreisfrequenzen ω ≪ τ/ħ ist das Rayleigh-Jeans'sche Strahlungsgesetz anwendbar, aber je höher ω, desto seltener wird die entsprechende Schwingungsmode angeregt. Insgesamt flacht daher die Intensitätskurve ab und fällt hinter einem Maximum exponentiell.
Deshalb ist nicht nur die Helligkeit, sondern auch die Farbe, in der ein Körper glüht, abhängig von T und ändert sich mit wachsendem T von unsichtbar und tiefrot (Draht im Toaster) über orange und gelb (flüssiger Stahl im Hochofen) bis hin zur Weißglut mit hohem Blauanteil (Schweißerflamme).
W = h·f, dabei ist f die Frequenz. Je höher f, umso mehr Energie.
c = f·lambda im Vakuum constant. Je größer Frequenz f um so geringer Wellenlänge lambda. -> Kurzwelliges Licht ist energiereicher.
E ist die elektrische Feldstärke. Für den Photoeffekt ist es üblich, W als Formelbuchstabe für Energie zu benutzen.
Blaues Licht ist energiereicher.
Kurzwelliges Licht ist energiereicher.
Kannst du einen Mehlsack heben? Nein, du bist kein Supermann!