[Physik] Übungsaufgaben zu Wellen und Quanten

[Hero of Happiness]

Hey zusammen, ich schreibe in nicht allzu langer Zeit eine Physikklausur und bis jetzt blicke ich gar nicht durch. Wir haben ein paar Übungsaufgaben bekommen und nun würde ich hier gerne um Hilfe bei der Lösung bitten, da mir jeder Ansatz fehlt. Danke im Vorraus.


1. Ein Laser schickt Lichtblitze mit einer Wellenlänge von 630nm und einer Energie von 100J aus.

a) Wieviele Photonen enthält ein solcher Lichtblitz?

b) Wie groß ist der Impuls eines Photons bzw. aller Photonen zusammen?


2. a) Wie groß ist die maximale Frequenz der Strahlung einer Röngtenröhre, die mit 20kV betrieben wird? Was kann man bezüglich dieser Röhre über die weiteren beobachtbaren Wellenlängen sagen? (Begründung!)

b) Welche Wellenlänge kann man den in dieser Röhre beschleunigten Elektronen zuordnen? Vergleichen Sie diese mit der Wellenlänge von grünem Licht.

[MaxikingWolke22]

a)

E=h*f mit f=c/lda, mit lda= Wellenlänge

also E=h*c/lda

das ist die energie eines photons, E(ph).

Dann teilst du 100J/E(ph), und erhälst die Anzahl der Photonen in einem Lichtblitz von 100J.

Den Rest habe ich vergessen.

[eoc]

1a) E_{Ph}=h\cdot\nu =h\frac{c}{\lambda}
Da die Energieabgabe nur in vielen einzelnen Quanten genau dieser Energie erfolgt, muss die Gesamtenergie des Blitzes aus n Photonen bestehen.
100\mathrm{J}=n\cdot E_{Ph}\Rightarrow n=\frac{100\mathrm{J}}{E_{Ph}}

1b) p_{Ph}=\frac{h}{\lambda}, Rest dürfte klar sein :)

Zwischenfrage: Die Einheit Elektronvolt kennst du bzw. kannst du verwenden?
2a) kurzwellige Grenze der Röntgenstrahlung \lambda_{min}=\frac{c}{\nu_{max}}=\frac{hc}{eU} existiert, weil ein einzelnes Elektron nicht mehr als seine Gesamtenergie eU an ein Photon abgeben kann. Diese Photonen haben dann auch die maximal mögliche Frequenz ;)
Zweiter Teil ist etwas unklar formuliert, ich beschreib mal den Verlauf (von kleinen zu großen Wellenlängen):
Kurzwelliger Grenze, Antreffwahrscheinlichkeit steigt bis zum 1. Maximum (dessen Wellenlänge/Frequenz ist abhängig von der Beschleunigungsspannung) und verringert sich danach wieder. (Kontinuierliche Strahlung/Bremsstrahlung)
Als überlagernde Komponente kommt noch die charakteristische Strahlung dazu (materialabhängig und unabhängig von U) - bei bestimmten Wellenlängen haben die ankommenden Elektronen genug Energie, um an der Anode deren Elektronen aus unteren Orbitalen herauszuprügeln. Was sie mit Freude tun. Dann rücken (von 'oben') auf einen Schlag viele Elektronen je einen Zustand 'runter' und dabei wird ebenfalls Strahlung emittiert. Wenn ihr das nicht hattet, einfach vergessen. Habs mal versucht anschaulich zu beschreiben, auch wenn man sich sowas besser nicht zu bildlich vorstellt ^^

2b) Stichwort ist De-Broglie-Wellenlänge von Teilchen (hier Elektronen). Oben bereits benutzte Formel findet auch hier Anwendung als praktisch stehende Materiewellen. Dementsprechend ist (alles Folgende bei geringen Geschwindigkeiten nichtrelativistisch gerechnet) \lambda=\frac{h}{p}. Den Impuls erhälst du aus eU=\frac{1}{2}mv^2, wenn du dieses v danach in p=mv einsetzt. Das überlass ich mal dir, kannst dann nochmal nachfragen wenns Schwierigkeiten gibt beim Umstellen!

Hoffentlich ein wenig geholfen?