VP 07
| Vortragende/r: | Dr. Hans-Otto Carmesin |
| Institution: | Studienseminar Stade und Gymnasium Athenaeum |
| Datum: | 15. November 2021 |
| Zeit: | 17:00 - 17:45 Uhr |
| Raum: | Physik |
| Plätze: | noch 68 Plätze frei |
Beim Orionnebel beobachten wir prächtige leuchtende Farben. Wie entstehen diese? Mit dem Spektroskop entdecken wir diskrete Spektrallinien. Zum Vergleich spektroskopieren wir das Licht einer Wasserstofflampe und finden die gleichen Linien. Offensichtlich emittiert Wasserstoff Licht bei ganz bestimmten Wellenlängen, und erstaunlicherweise erfolgt diese Emission überall im Universum identisch. Wie funktioniert diese außerordentlich stabile und charakteristische Eigendynamik der Atome?
Wir knüpfen an das Energiestufenmodell der LED an, um ein erstes Modell zu gewinnen: Das Elektron im Wasserstoffatom hat bestimmte Energieniveaus und emittiert daher Photonen mit entsprechenden Wellenlängen. Nur, warum befinden sich die Elektronen im Atom auf diskreten Energieniveaus?
Zur Modellierung beginnen wir mit Energiezuständen von Elektronen in quasi eindimensionalen Systemen, in stabförmigen Molekülen, z. B. in β-Carotin. Wie beim Kontrabass bilden sich stehende Wellen mit diskreten Energien. Aus der Chemie wissen wir, dass maximal zwei Elektronen je Zustand auftreten. So ermitteln wir für β-Carotin eine Absorption im blau-violetten Bereich und erklären so die beobachtete Komplementärfarbe Orange.
Wir erweitern dieses Modell, indem wir die Stabform zu einer Kreisform abwandeln und die Coulomb-Energie des Wasserstoffatoms ergänzen. So erhalten wir die beobachteten Spektrallinien und erörtern die Grenzen des Modells sowie die Anschlussfähigkeit, z. B. bei der Modellierung charakteristischer Röntgenspektren.
Wir beobachten die schönen Leuchterscheinungen der Fluoreszenz sowie Phosphoreszenz und erklären diese mit nur drei Energiezuständen im Atom oder Molekül. Ebenso erklären wir mit drei Niveaus den Laser und erkennen die Natur der Emission von Photonen durch spontane und stimulierte Emission. Wir untersuchen Anwendungen in der Kommunikations-, Medizin-, Mess- oder Energietechnik.