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Physik: Quantenphysik und Wellen...

Montag, 25. September 2006, 18:34

Hallo!


Vielleicht erbarmt sich hier jmd. und gibt mir ein paar Tips bei meinen Physik-Aufgaben, die mich so langsam zum Verzweifeln bringen.
Zur Info: Die Aufagben stammen aus dem Buch "Physik" erschienen im Metzler Verlag, S. 297 u. 383. Es handelt sich um einen Physik-Leistungskurs, Jahrgangsstufe 13.


Also, los geht es:

"Durch ihre feine Rillenstruktur bedingt lässt sich eine CD-ROM als Reflexionsgitter benutzen. Lässt man das rote Licht eines He-Ne-Lasers (λ=632,8 nm) von einer solchen CD reflektieren, dann beobachtet man zwischen dem Hauptmaximum 0. und 1. Ordnung einen Winkel von 22°. Wie groß ist der Abstand der Rillen? Wie groß ist der Abstand zwischen aufeinander folgenden Bits, wenn auf der CD zwischen r = 2,2 cm und r = 5,5 cm 600 Megabyte Daten gespeichert sind?"

Gut, den Rillenabstand kann ich ja mit

nλ = g sin(α) berechnen:

g = (nλ)/sin(α) = 1,69 * 10^-6

Und nun? Die Größe eines Bits denke ich kann man vernachlässigen, aber wie komme ich auf den Abstand? Mein Gefühl sagt mir, dass es einfache Mathematik ist. Aber man muss ja bedenken, dass die Rillen im Bereich von r = 2,2 cm bis r = 5,5 cm linear wachsen, also müsste es ja eine Gleichung in der Form y = mx + b geben? Ich steh im Moment total auf dem Schlauch. btw: 600 Megabyte sind aber nicht 600 * 10^6 Bit?



Andere Aufgabe:

"Die kleinste Lichtintensität, die das menschliche AUge noch wahrnehmen kann, liegt bei 10^-10 W/m². Wie viele Photonen (λ = 560 nm) treten bei dieser Intensität pro Sekunde in einer Pupille der Fläche A = 0,5 cm² ein?"

Das einzige was ich hier weiß ist, dass die Intensität I proportional zum Quadrat der elektrischen Feldstärke E ist, also

I~E²

Das hilft mir aber auch nicht weiter. Ich habe mir schon überlegt ob ich nicht etwas mit der Formel P = W/t bzw. P = (hλ)/(ct) anfangen könnte. Aber anscheinend nicht.



Zwar sind das nicht alle Aufgaben, denke aber, dass ich die selbst lösen kann, wenn mir hier geholfen wurde.

Ich bin daran interessiert diese Aufgaben selbst zu vertsehen und zu lösen. Es möge mir hier also bitte niemand unterstellen, dass andere Leute für mich meine Hausaufgaben machen sollen.



An die, die sich hier Mühe geben: Vielen Dank schon einmal! :D

Gruß
Capt. Nemo

PoRo69

Senior Member

Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Montag, 25. September 2006, 18:48

Aufgabe 2:
Nach E=hc/Wellenlänge kann man die Energie eines Photons bei der angegebenen Wellenlänge berechnen. Dann hast du die minimale Lichtintensität - gefragt ist nach Photonen / Sekunde, also: Intensität *1 Sek => Du hast die Energie der gesamten Photonen in 1 Sekunde und pro m². Dann noch das Ganze auf die angegebenen 0,5cm² runterskalieren, und durch die Energie eines einzelnen Photons teilen ( haben wir ja oben berechnet). => Fertig. Anzahl der Photonen.
Mfg PoRo
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Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Montag, 25. September 2006, 18:58

Sorry für den Spam... aber: Arme Sau, dass du auch mit dem Metzler arbeiten darfst ;)

Bei der Photonenanzahl stimm ich meinem Vorposter 100% zu
Zum Bitabstand:
Kein Plan, aber ich würd evtl die Länge der Strecke berechnen, So Spirale you know ^^
Du hättest damit die Länge der Strecke und die Anzahl der darauf vorhandenen Bits (600mb*8 ),
Aber dafür bräucht man die "länge" eines bits...

Zitat von »Lev«

ich frag mich ja wann die autoindustrie anfängt en used-look anzubieten :huh:

Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Montag, 25. September 2006, 19:52

Im Prinzip musst Du zuerst berechnen, wieviele Spuren es insgesamt gibt oder anders gefragt: Wieviele Spuren passen bei einem Abstand von 1,6*10^-6 m zwischen 2,2 und 5,5 cm. Die Zahl die Du da raus bekommst multiplizierst Du mit der mittleren Spurlänge und kommst auf die Gesamtspurlänge. Bei der mittleren Spurlänge musst Du allerdings beachten, dass die Spur kein Kreis ist, sondern gerinfügig länger. Dies kannst Du mit dem Satz des Pythagoras berechnen, indem Du von einem rechtwinkligen Dreieck ausgehst, dessen eine Seite die Länge der Kreisrunden Spur hat und die zweite so lang ist wie der Abstand zwischen zwei Spuren.
600MByte sind 600*1024*1024*8 Bit
An dieser Stelle fängt die Aufgabe an doof zu werden, da die Aufgabenstellung meiner Meinung nach etwas unpräzise ist. Der Abstand zwischen zwei Bits sollte eigentlich null sein, um eine größtmögliche Anzahl an Bits unterbringen zu können. Da ich mal davon ausgehe, dass Euer Physikbuch nicht in die Tiefen der Kanalkodierung von CDs einsteigt, würde ich einfach die Gesamtlänge der Spuren durch die Anzahl der Bits Teilen.

Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Montag, 25. September 2006, 20:38

Zitat von »PoRo«

Aufgabe 2:
Nach E=hc/Wellenlänge kann man die Energie eines Photons bei der angegebenen Wellenlänge berechnen. Dann hast du die minimale Lichtintensität - gefragt ist nach Photonen / Sekunde, also: Intensität *1 Sek => Du hast die Energie der gesamten Photonen in 1 Sekunde und pro m². Dann noch das Ganze auf die angegebenen 0,5cm² runterskalieren, und durch die Energie eines einzelnen Photons teilen ( haben wir ja oben berechnet). => Fertig. Anzahl der Photonen.
Mfg PoRo


Autsch. Also im Nachhinein ist mir das ja fast schon peinlich :D. Aber manchmal sieht man den Wald vor lauter Bäumen eben nicht. Vielen Dank!


Zitat von »Les_Conrads«

Sorry für den Spam... aber: Arme Sau, dass du auch mit dem Metzler arbeiten darfst ;)


Ja, wirklich ein tolles Buch ;D Ehrlich, ich tu mich schon arg schwer mit dem Büchlein.


Zitat von »dasc1mt«

Bei der mittleren Spurlänge musst Du allerdings beachten, dass die Spur kein Kreis ist, sondern gerinfügig länger. Dies kannst Du mit dem Satz des Pythagoras berechnen, indem Du von einem rechtwinkligen Dreieck ausgehst, dessen eine Seite die Länge der Kreisrunden Spur hat und die zweite so lang ist wie der Abstand zwischen zwei Spuren.


Bis auf das Zitierte kann ich alles nachvollziehen. Ich nehme an, die Gesamtlänge ist deswegen länger, weil es sich um eine Spirale und nicht um Kreise handelt? Was meinst du mit "Kreisrunden Spur"? Wäre super nett von Dir wenn Du diesen Teil nochmal etwas genauer ausführen könntest.


Danke nochmal an Alle!

Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Montag, 25. September 2006, 21:09

Ja, das ist etwas blöd zu erklären. ;)
Der Längenunterschied zwischen einer kreisrunden und einer spiralförmigen Spur ergibt sich daraus, dass der Endpunkt nicht deckungsgleich mit dem Anfangspunkt ist, sondern ein Stück weiter aussen auf der Scheibe ist. Wenn man beide Spuren gedanklich zu einer Geraden abwickelt, so dass die Anfangspunkte deckungsgleich sind und die Endpunkte übereinander liegen, ist der Abstand zwischen den Endpunkten gleich dem Abstand zwischen zwei Spuren. Ich versuche es nochmal an einem Bild zu verdeutlichen:
(hab grad kein FTP Client installiert, deswegen klau ich mal bei Wikipedia)



a: Abstand zwischen zwei Spuren
b: Länge einer kreisrunden Spur (2*pi*r)
c: gesuchte Länge
Gamma: rechter Winkel

So ein wenig klarer?

Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Montag, 25. September 2006, 21:11

Wir haben die Aufgabe damalsTM so gerechnet, als das wir die Kreisnäheruung als ausreichend genau angenommen haben :).
"Live free or die: Death is not the worst of evils."

Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Montag, 25. September 2006, 21:31

Das macht sicherlich Sinn. Wenn ich richtig gerechnet habe sind das grob 4kB Unterschied.

Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Dienstag, 26. September 2006, 01:36

Supi, ist mir jetzt klar! Vielen Dank nochmal, besonders an dasc1mt! Ich poste hier morgen nochmal rein und hoffe mal, dass ich es geschafft hab richtig zu rechnen. ;)

Gruß
Capt. Nemo

Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Dienstag, 26. September 2006, 01:51

Damals - 1995/96 (ich weiß, dass ist lange her..) haben wir das auch gerechnet. Das waren Zeiten - Physik LK....

Die Quantenphysik hat schon kranke Phänomene. Wenn man z.B an das Expermient mit dem halbdurchlässigen Spiegel denkt auf den eine geringe Anzahl von Photonen fällt und dann dennoch "mit der Zeit" sich auf den jeweiligen Reflektionsflächen Brechungsmuster aufbauen - und das präzise....Da kriegt mann teilweise schon Angst.

Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Dienstag, 26. September 2006, 11:34

:D Qäule mich auch mit dem Metzler rum...habe mir jetzt ein paar Physik LK Bände von STARK besorgt, kann ich nur wärmstens empfehlen! Da findet man einfach alles, was man im Unterricht durchnimmt, anschaulich erklärt, mit Übungsaufgaben und Lösungen. :)

Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Dienstag, 26. September 2006, 17:10

Jaaaaaa! Verstanden + alles richtig gerechnet! Supi und Danke nochmal :-*

Und @ Jogibär: Schau ich mir doch mal an ;) Danke

Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Dienstag, 26. September 2006, 17:21

und wie ist nun die richtige Lösung für die 2. Aufgabe? Bin zwar fertig mit dem Mist (für das jahr... danach ja Studium ^^), aber es interessiert mich doch irgendwie.

Zitat von »Lev«

ich frag mich ja wann die autoindustrie anfängt en used-look anzubieten :huh:

PoRo69

Senior Member

Re: Physik: Quantenphysik und Wellen...

Dienstag, 26. September 2006, 17:27

Hallo,
hab auchmal eine Frage - die passt thematisch irgendwie hier rein, irgendwie aber auch nicht - will aber kein Topic extra dafür aufmachen:
Weiß jemand hier zufällig, ob:
GaAlAs wie es in der roten Optoelektronik eingesetzt wird einen direkten oder indirekten Bandübergang aufweist ? Finde leider nur sehr widersprüchliches in entsprechender Literatur.
Mfg PoRo
Zu Verkaufen: Cuplex, Airplex 240 (orginal verpackt) bei Interesse Pm