5 Sem 2 Test

Question 1

21a) Die Oberfläche eines Sterns schwingt mit einer Schwingungsdauer von T = 3 min. auf und ab. Berechnen Sie die Frequenz f dieser Schwingung.

Answer 1

f = 1/180 = 0.0056 Hz = 5.6mHz

Question 2

21c) Mit welchem Effekt kann der Außerirdische die Schwingungen des Sterns indirekt sichtbar machen?

Answer 2

Doppler-Effekt

Question 3

21b) Kann ein außerirdischer Beobachter auf einem Exoplaneten die Musik seines Heimatsterns hören? Begründen Sie Ihre Antwort

Answer 3

Nein, weil zwischen Planet und Stern kein schallleitendes Medium ist

Question 4

21d) Nennen Sie ein Naturphänomen, welches durch Konvektionsströme erzeugt wird:

Answer 4

Wind

Question 5

21e) Nennen Sie ein Naturphänomen, welches durch die Brechung von Lichtwellen entsteht:

Answer 5

Regenbogen

Question 6

23a) Warum kann man durch eine Kerzenflamme und die Sonne nicht hindurchsehen?

Answer 6

Weil sie ein Plasma sind (=Atomkerne und Elektronen können sich frei bewegen), Plasma ist undurchsichtig weil sich das Licht dann nicht frei bewegen kann

Question 6

22b) Warum ist das Licht aller fernen Galaxien für einen Beobachter auf der Erde rotverschoben?

Answer 6

Weil die Expansion des Raums die Wellenlängen des Lichts streckt

Question 7

22a) Die Wasserstoff-Absorptionslinie (656 nm) der Galaxie NGC 77 ist um 41 nm in den rötlichen Wellenlängenbereich verschoben. Berechnen Sie aus dieser gemessenen Rotverschiebung die Geschwindigkeit, mit der sich die Galaxie von uns wegbewegt. (c = 3 · 10^8 m/s)

𝜆B − 𝜆
_______
𝜆
= 𝑣s
_______
𝑐

Answer 7

1.9*10^7 m/s

Question 8

23b) Welche Elemente waren schon vor den ersten Sternen im Universum vorhanden?

Answer 8

Wasserstoff, Helium, Lithium

Question 9

23d) Welche drei Endstadien von Sternen gibt es?

Answer 9

Weiße Zwerge, Neutronensterne, Schwarze Löcher

Question 10

23c) Welche drei Kräfte befinden sich in einem Stern im Gleichgewicht?

Answer 10

Gravitationsdruck, Gasdruck, Lichtdruck

Question 11

24a) Beschreiben Sie den β+-Prozess: p → n + e+ + νe.

Welche Teilchen werden hier ineinander umgewandelt?
𝑝 =
𝑛 =
𝑒+ =
𝜈- =

Answer 11

𝑝 = Proton
𝑛 = Neutron
𝑒+ = Positron
𝜈- =Elektron - Neutrino

Question 11

23e) Welchen dieser drei Endstadien wird unsere Sonne einnehmen?

Answer 11

Weißer Zwerg

Question 12

24b) Welche fundamentale Naturkraft ist für diesen Prozess verantwortlich?

Answer 12

Schwache Kraft

Question 13

24c) Bei welchen Teilchendistanzen wird diese Kraft relevant?

Answer 13

sehr geringen Distanzen

Question 13

25c) Wie alt ist das Sonnenlicht, das wir als Beobachter auf der Erde sehen können?

Answer 13

100 000 Jahre

Question 14

24d) Worin unterscheidet sich Antimaterie von Materie?

Answer 14

durch das Vorzeichen ihrer elektrischen Ladung

Question 15

24e) Was geschieht mit den Antiteilchen, die beim β+ Prozess in der Sonne erzeugt werden?

Answer 15

Das Antiteilchen (Positron), das in der Sonne entsteht, vernichtet sich zB gemeinsam mit einem Elektron aus der umliegenden Materie in 2 Lichtteilchen: e- und e+ -> 2y

Question 16

25a) Erklären Sie alle Bestandteile der Gleichung E = m c².

Answer 16

E= Energie
m= Masse
c= Lichtgeschwindigkeit

Question 17

25b) Welche Farbe hat ursprünglich das durch Kernfusion erzeugte Licht im Inneren der Sonne?

Answer 17

Licht in Form von Gammastrahlung, liegt ausserhalb des sichtbaren Lichtspektrums

Question 18

25d) Bis zu welchem Element erzeugen Sterne durch Kernfusion das Periodensystem der Atome?

Answer 18

Eisen (Fe)

Question 19

25e) Wodurch werden noch schwerere Elemente im Universum erzeugt?

Answer 19

Supernovae

Question 19

26b) Wie viele verschiedene Neutrinos gibt es?

Answer 19

3

Question 20

26a) Wie groß sind Masse, Ladung und Geschwindigkeit eines Neutrinos?

mv=
qv=
vv=

Answer 20

mv= sehr klein
qv= 0
vv= annähernd Lichtgeschwindigkeit

Question 21

26c) In welcher Eigenschaft unterscheiden sich die verschiedenen Neutrinos?

Answer 21

Masse

Question 22

26d) Kennt man den Ursprung der Neutrinomassen? o Ja o Nein

Answer 22

nein

Question 22

26e) Werden Neutrinos nur in der Sonne erzeugt? o Ja o Nein

Answer 22

nein

Question 23

27a) ErklärenSiealleBestandteiledesStefan-Boltzmann-Gesetzes: 𝐿=𝜎∙𝑇^4∙𝐴

Answer 23

L= Leuchtkraft T= Oberflächentemperatur A= Oberfläche

Question 24

27b) In welcher Einheit wird L gemessen?

Answer 24

Joule/Sekunde = Watt

Question 25

27c) In welcher Einheit wird T gemessen?

Answer 25

Kelvin

Question 26

27d) Für welche Körper gilt dieses Gesetz?

Answer 26

für alle leuchtenden Körper

Question 27

29) Die gemessene Lichtintensität des Sterns Aldebaran beträgt I = 1.2 · 10^-8 J/s/m2. Die Parallaxenmethode ergibt eine Entfernung von D = 6.3 · 10^17 m. Aus der Spektralanalyse des Lichts kann eine Temperatur von T = 4100 K ermittelt werden. Berechnen Sie aus diesen Daten den Radius des Sterns. (Oberfläche einer Kugel = 4 π R2, Stefan-Boltzmann-Konstante = 5.7 · 10-8 ) 𝐼 = 𝐿 4𝜋𝐷< 𝐿 = 𝜎 ∙ 𝑇6 ∙ 𝐴

Answer 27

Lösung: R = 1.7 · 10^10 m

Question 28

28) Berechnen Sie die Leuchtkraft des Sterns Beteigeuze. Er besitzt eine Oberflächentemperatur von T = 3500 K, sowie einen Radius von R = 4.6 · 10^11 m. (Hinweise: L = σ T^4 A, Oberfläche einer Kugel = 4 π R^2, Stefan-Boltzmann-Konstante = 5.7 · 10^-8 )

Answer 28

Lösung: L = 2.3 · 1031 J/s

Question 29

30) Der Stern Rigel besitzt eine Leuchtkraft von L=1.6·1031J/s. Wieviel Kilogramm an Masse verliert Rigel in einer Sekunde durch die Umwandlung von Materie in Licht? (Licht- geschwindigkeit = 3 · 108 m/s) Lösung: m = 1.8 · 1014 kg

Answer 29

Lösung: m = 1.8 · 1014 kg

Question 30

31) DieSonnewirdsichinca.5.5MilliardenJahrenzueinemRotenRiesenentwickeln,wobei Sie die Erde verschlucken wird. Denken Sie, dass zu diesem Zeitpunkt noch Menschen auf der Erde existieren werden? Auf welche Art und Weise wird die Menschheit mit diesem Problem umgehen? Wird Sie den Planeten Erde bereits verlassen haben? Begründen Sie Ihre Antwort in mindestens drei vollständigen Sätzen.

Question 31

32a) Beschreiben Sie den Prozess des Elektroneneinfangs: p + e- → n + νe. Welche Teilchen werden hier ineinander umgewandelt?

Answer 31

𝑝 = Proton 𝑒-= Elektron 𝑛 = Neutron 𝜈e = Elektron - Neutrino

Question 32

32b) Welche Naturkraft ist dafür verantwortlich?

Answer 32

Schwache Kraft

Question 33

32c) Welche besondere Art von Stern bildet sich aufgrund dieses Prozesses?

Answer 33

Neutronensterne

Question 34

32d) Berechnen Sie die Rotationsfrequenz des Krebspulsars. Seine Rotationsdauer beträgt T = 0.033 s.

Answer 34

f = 1/0.033 =30.3 Hz

Question 35

32e) Warum rotieren Neutronensterne so schnell?

Answer 35

Wegen der Drehimpulserhaltung

Question 36

33a) Das Coulombsche Gesetz lautet 𝐹 = 𝐾 * (q1q2)/r² . Erklären Sie alle Bestandteile der Gleichung:

Answer 36

F= Kraft zwischen den Ladungen K= Coulomb - Konstante q= Ladungen der beiden Körper r= Abstand zwischen den beiden Ladungen

Question 37

33b) Mit welchem anderen Naturgesetz lässt sich dieses Gesetz vergleichen?

Answer 37

Gravitationsgesetz

Question 38

33c) Benennen Sie eine Gemeinsamkeit zwischen den beiden Gesetzen.

Answer 38

Abhängigkeit der Anziehung bzw Abstoßung vom Abstand der beiden Körper ist dieselbe (ca 1/r²)

Question 39

33d) Benennen Sie einen Unterschied zwischen den beiden Gesetzen.

Answer 39

Gravitationskraft ist weitaus schwächer als die elektrische Kraft

Question 40

34a) Wie groß ist die Reichweite von elektrischen Feldern?

Answer 40

unendlich

Question 41

34b) Die Elektrische Kraft bestimmt Naturvorgänge zwischen sehr o kleinen o großen Objekten.

Answer 41

kleinen

Question 42

34c) Von welchen Elementarteilchen werden elektromagnetische Kräfte übertragen?

Answer 42

Lichtteilchen (y)

Question 43

34d) Warum wurden positive und negative Ladungen zur Beschreibung von elektrischen Kräften eingeführt?

Answer 43

Weil die elektrische Kraft zwischen manchen Teilchen anziehend und zwischen anderen abstoßend ist

Question 44

34e) Was versteht man unter dem Begriff „Quantisierung“ der elektrischen Ladung?

Answer 44

Die Ladung kommt in der Natur immer als Vielfaches der Ladung des Elektrons vor

Question 45

34f) Gibt es einen solchen Elementarwert auch bei Massen?

Answer 45

Nein

Question 46

34g) Warum bewegen sich in einem Atom die Elektronen um die Protonen, und nicht die Protonen um die Elektronen?

Answer 46

Glaube: weil die Elektronen eine viel kleinere Masse als die Protonen haben

Question 47

35) Berechnen Sie die elektrische Abstoßung zwischen zwei Elektronen, sowie deren gravitative Anziehung, wenn sie sich in einem Abstand von 10-9 m zueinander befinden. Welche Kraft ist größer? Weiß man, warum der Unterschied zwischen diesen beiden Naturkräften so groß ist? (Hinweise: me = 9 · 10-31 kg, e = 1.6 · 10-19 C, G = 6.7 · 10-11, K = 9 · 109 )

Answer 47

Lösung: Fel = 2.3 · 10-10 N, Fgrav = 5.4 · 10-53 N F= K * ________