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