Transcript Präsentation Polarlichter
POLAR LICHTER
Inhalt: Entstehung der Polarlichter Experimente am Fadenstrahlrohr
Sonnenwinde bestehen hauptsächlich aus Protonen, Heliumkernen und Elektronen Grund: Sonnenstürme Gesamtmasse von ca. 1 Mio. Tonnen pro Tag Geschwindigkeit von 400-900 km/s Dichte in Erdnähe von ca. 5*10^6 Teilchen pro m³ alle 11 Jahre besonders stark (u.a. auch 2013)
Beeinflussung des irdischen Magnetfelds Sonnenwinde verformen das irdische Magnetfeld kometenschweifartig auf der Nachtseite
Van-Allen-Gürtel besonders hohe Teilchenstrahlung in bis zu 45 000km Höhe über der Erdoberfläche Bestehen aus Protonen und Elektronen, die von den Sonnen winden stam men
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
Prinzip der magnetischen Flasche Lorentzkraft: - senkrechte Komponente: Kreisbewegung - parallele Komponente: Spiralbahnen
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
Stoßanregung und Lichtemission Elektronen treffen auf in Erdatmosphären enthaltene Teilchen Heben der Elektronen dieser Teilchen auf höhere Schale Freisetzung von Energie Zustand instabil Rückfall in Grundzustand wieder Freisetzen der eingesetzten Energie in Form von Photonen (Energieerhaltung) = Lichtemission
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
Färbung
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
Intensität keine Anhängigkeit von Jahreszeiten alle 11 Jahre aufgrund des Sonnenzyklusses besonders stark selten sogar (wenn auch schwach) im Mittelmeerraum zu sehen
Experimente am Fadenstrahlrohr
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
Herleitung einer Formel für den Windungsabstand
kürzen mit Wurzelgesetzen vereinfachen
Zu beweisende Proportionalitäten
Kleinwinkelnäherung des Sinus
Versuchsaufbau
Messen des Magnetfelds mit einer Hallsonde Messen der Anodenspannung mit einem Voltmeter Messen von α durch Skalierung
Messwerte
Auswertung Werte sehr genau Formel gut geeignet für Berechnungen bei der Veränderung der Spannung nicht immer klare Wertepaare Werte dieser Messreihe am ungenausten Veränderung von α Veränderung von B Veränderung von U