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Aufgabe

FRAUNHOFER-Linien (Abitur BY 2005 GK A3-1)

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

Joseph von FRAUNHOFER (1787 - 1826); unbekannter Autor [Public domain], via Wikimedia Commons

Joseph von FRAUNHOFER (1787 - 1826) katalogisierte 1815 mehr als 500 dunkle Linien, die im Spektrum der Sonne auftreten. Mittlerweile sind etwa 25000 solcher "FRAUNHOFER-Linien" bekannt.

a)Erläutere, wie diese Linien entstehen und wieso sie Auskunft über die Zusammensetzung der äußeren Schichten der Sonnenatmosphäre geben. (5 BE)

b)Unter anderem findet man hier auch dunkle Linien, deren Wellenlängen mit denen der BALMER-Serie im Wasserstoff-Emissionsspektrum übereinstimmen.

Erläuere, unter welcher Voraussetzung dunkle BALMER-Linien auftreten können.

Begründe deine Antwort. (5 BE)

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Hinweis: Bei dieser Lösung von LEIFIphysik handelt es sich nicht um den amtlichen Lösungsvorschlag des bayr. Kultusministeriums.

a)Trifft Licht, in dem alle Wellenlängen vertreten sind, auf ein Gas, so kann es sein, dass bestimmte Photonen genau eine Quantenenergie besitzen, die einer Differenz zweier Energieniveaus in den Atomen des durchstrahlten Gases entspricht. Es kommt zur Anregung der Gasatome und im durchgehenden Licht fehlen diese Quanten. Entwirft man vom durchgehenden Licht ein Spektrum, so entstehen bei den Wellenlängen, die zu den absorbierten Photonenenergien gehören, schwarze Linien, die sogenannten Fraunhofer-Linien. Da die Energien der absorbierten Quanten Auskunft über die Differenzen von Energieniveuas und damit indirekt über die Energieniveaus der absorbierenden Atome selbst geben, kann man auf die Art der Atome rückschließen (Die Energiedifferenzen eines Atoms sind wie "Fingerabdrücke" dieses Atoms).

b)Die Balmerlinien im Wasserstoffspektrum entstehen, wenn das Wasserstoffatom von Energieniveaus mit \(n > 2\) in die Energieniveau mit \(n = 2\) übergeht. Damit Balmerlinien in Absorption auftreten, muss ein Übergang von \(n = 2\) auf ein höheres Niveau stattfinden. Damit sich das Wasserstoffatom aber im Zustand \(n = 2\) befindet, muss es bereits angeregt sein. Die Wahrscheinlichkeit, bereits angeregte Wasserstoffatome vorzufinden, steigt z.B. mit zunehmender Temperatur.