Astro13/Schulaufgabe

k13 / 2 pas  OWA       Schulaufgabe aus der Physik / Astronomie                 12.03.2010

1. Strahlung der Sonne

a) Erläutern Sie anhand von sauberen Zeichnungen, unter welchen Voraussetzungen auf der Erde eine totale Sonnenfinsternis auftritt!

Nach einer altgriechischen Vorstellung ist die Sonne ein brennender Holzofen.
b) Widerlegen Sie diese Theorie, indem Sie die maximale Brenndauer eines derartigen Ofens berechnen! (Heizwert von Holz: 2 107 J/kg)
c) Beschreiben Sie kurz die Art der Energieerzeugung im Innern der Sonne, wie wir sie heute kennen! (Ca. 2 Sätze, Reaktionsgleichung!)

d) Berechnen Sie den Verlust an Masse, den die Sonne aufgrund ihrer Energieabstrahlung täglich erleidet!
e) Zeigen Sie, dass die Oberflächentemperatur der Sonne zu klein ist, um Wasserstoffatome in nennenswertem Ausmaß zu ionisieren.
f) Berechnen Sie die Wellenlänge eines Strahlungsübergangs von der 2. zur 5. Quantenbahn im Wasserstoffatom und erklären Sie das Auftreten der zugehörigen Fraunhoferlinie im Sonnenspektrum!

2. Strahlung der Erde

Unser blauer Planet lässt sich mit einem Schwarzkörper-Strahler der Temperatur -18°C vergleichen.
a) Erläutern Sie anhand charakteristischer Zahlenwerte das Strahlungs-Gleichgewicht der Erde! (Ca. 3 Sätze, Fachworte!)
b) Berechnen Sie die Wellenlänge des Maximums der ausgesandten Strahlung!
c) Berechnen Sie das Verhältnis von einfallender und abgestrahlter Leistung und ermitteln Sie daraus die Albedo der Erde.

d) Nennen Sie Gründe dafür, dass die mittlere Temperatur der Erde mit +14°C wesentlich höher liegt! (Stichpunkte!)
e) Erläutern Sie anhand der Maxwellschen Geschwindigkeitsverteilung für ideale Gase, weshalb das Verhältnis der mittlerer Teilchengeschwindigkeit zur Fluchtgeschwindigkeit von der Planetenoberfläche ein gutes Maß für die Stabilität eines Elements in der Atmosphäre darstellt! (Ca. 3 Sätze mit sauberer Skizze, nicht zu klein, Beschriftung!)
f) Berechnen Sie aus dem Vergleich mit der Erde, unter weiteren sinnvollen Annahmen, einen Wert für die Oberflächentemperatur des Saturnmonds Titan! (Kurze Erläuterung!)

Aufgabe                        1. a b c          1. d e f          2. a b c         2. d e f             Summe
Bewertungseinheiten           20                18                 21                 19                   78 <qtlend></qtlend>

                                             Viel Erfolg!
                                                Oßwald