Radioastronomie für Anfänger (wie mich):

Richtet man eine Satellitenschüssel auf die Sonne, erhöht sich der Rauschpegel am Ausgang des Antennenkonverters (LNC, low noise converter) bezogen auf den Wert, den man normalerweise misst („normalerweise“ bedeutet zum Beispiel, dass die Antennenschüssel auf eine Himmelsregion fernab von der Sonne gerichtet wird). Ein Satellitenortungsgerät (Satfinder) zeigt diesen erhöhten Rauschpegel an. Das Foto zeigt die Messanordnung. Mit diesem „Experiment“ zeigt man, dass die Sonne nicht nur sichtbares Licht, sondern auch Radiostrahlung aussendet – im vorliegenden Experiment Radiostrahlung von ca. 10 GHz.  Die Intensität dieser Strahlung gibt man in der Regel an als die Temperatur eines schwarzen Körpers, der mit derselben Intensität strahlt. Durch Vergleich mit der Strahlung einer Hauswand o. ä. kann man die Temperatur der Sonne bei 10 GHz bestimmen. Es sind (11 ± 1) ∙ 10³ K (Kelvin). Dieser Wert fügt sich gut in das Diagramm ein, das in der Literatur für die Strahlungsstärke der ruhigen Sonne angegeben wird, siehe die nachfolgende Abbildung. In dieser Abbildung ist auch das Ergebnis einer Messung bei 4 GHz eingetragen, ausgeführt von Studenten im Physik-Praktikum einer Hochschule.

Der von mir bei 10 GHz gemessene Wert 11000 K ist größer als die Temperatur der Sonne im Bereich des sichtbaren Lichts, die 6000 K beträgt. Das deutet darauf hin, dass die Sonne nicht wie ein idealer schwarzer Körper strahlt. Mehr zu diesem Experiment.

Eine CD, mit der „Rillenseite“ ins Licht gehalten, erzeugt Farben. Sie entstehen dadurch, dass sich Lichtwellen, die von unterschiedlichen Rillen reflektiert werden, gegenseitig verstärken oder auslöschen –  je nach Wellenlänge, Einfallswinkel und Blickrichtung. Dasselbe beobachtet man beim Blick durch ein optisches Gitter. Beim optischen Gitter betrachtet man das hindurchgehende Licht, bei der CD das von ihr reflektierte Licht. Kurzum, die CD müsste sich als Reflexionsgitter eignen. Das ist in der Tat der Fall. Sie in der Schulphysik anstelle von Doppelspalt & Co.  einzusetzen bringt auch etwas Schwung in den Unterricht. Das meinte schon einer meiner Kollegen¹ und ließ mit einem He-Ne-Laser den genauen Spurenabstand auf der Scheibe messen. Ich drückte meinen Schülern und Schülerinnen eine CD in die Hand mit der Aufgabe, die Wellenlängen einiger Quecksilberlinien zu bestimmen. Das geht recht gut, auch wenn die Formeln, die man zur Auswertung benötigt, etwas unübersichtlich sind. Hier ein Bericht von diesem Experiment.

  ¹  D. Ohlmann, Eine Compact Disk als Versuchsgerät im Physikunterricht, Praxis der Naturwissenschaften – Physik 2/43 (1994).

… viele Gegenstände, zu Boden sinken nur wenige – Luftballons zum Beispiel. Ein Grund dafür, ihr langsames  Hinabschweben einmal genauer zu studieren. Das haben die Schüler und Schülerinnen meiner Arbeitsgemeinschaft Physik getan. Einzelheiten dazu hier. Das Versuchsgelände (Foto) war das Treppenhaus unserer Schule.

Foucault-Pendel mit Antriebsspule

Wie zeigt man, dass sich die Erde um ihre Achse dreht – und nicht Sonne, Mond und Sterne die Erde täglich umkreisen? Natürlich mit einem Foucault-Pendel!

Ein spärisches Pendel, das auf der Erdoberfläche in Schwingungen versetzt wird, behält seine Schwingungsebene relativ zu den Fixsternen bei. Währenddessen dreht sich die Erde unter ihm – einmal in 24 Stunden um ihre Achse. Von der Erdoberfläche aus gesehen, dreht sich die Schwingungsebene des Pendels, allerdings nicht um 360 Grad pro Tag, sondern um einen Winkel, der von der geografischen Breite des Pendelortes abhängt. Für eine geografische Breite von 51 Grad nördlich beträgt dieser Winkel 11,7 Grad pro Stunde, wobei die Drehung im Uhrzeigersinn erfolgt.

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Abbildung 1 Resonanzkurve

Ein LC-Kreis ist ein elektromagnetischer Schwingkreis, bestehend aus der Parallelschaltung einer Spule und eines Kondensators. Die Abkürzung LC bedeutet Spule-Kondensator: L ist das Formelzeichen für eine Induktivität (Spule), C das Zeichen für eine Kapazität (Kondensator).  Trägt man den Wechselstromwiderstand eines LC-Kreises als Funktion der Frequenz auf, erhält man die sogenannte Resonanzkurve.

Abbildung 2 Messaufbau

Abbildung 1 zeigt das Beispiel einer Resonanzkurve, die mithilfe der Soundkarte eines Computers aufgenommen wurde. Der Messaufbau ist aus Abb. 2 ersichtlich. Schwingkreis und Pufferstufe sind auf einer Experimentierplatine (Hirschmann) aufgebaut. Für die Physik von Interesse ist beispielsweise die Abhängigkeit der Breite dieser Kurve (Bandbreite) vom Verlustwiderstand des LC-Kreises. Sicher keine aufregende Untersuchung, aber als Experimentierübung bestens geeignet. Hier eine kurze Zusammenfassung der Theorie und die Auswertung einer Messreihe dazu – als Beispiel für eine Facharbeit in der Jahrgangsstufe Q1 des Gymnasiums.