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Physik 9 · Wärmelehre

Infrarot-Absorption von CO₂

Moleküle können schwingen wie kleine Federn. Passt die Wellenlänge des Infrarots zu einer Schwingung, nimmt das Molekül die Energie auf. Das geht nur, wenn die Schwingung die elektrische Ladung im Molekül ungleich verschiebt. Danach gibt das Molekül die Energie wieder ab, und zwar in eine zufällige Richtung, also auch zurück zum Boden.

So gehst du vor

  1. 1Wähle ein Gas und eine Wellenlänge. Mit den Knöpfen landest du genau auf einer Schwingung.
  2. 2Beobachte die Säule: Vom Boden kommen Photonen. Werden sie aufgehalten? Wohin fliegen sie danach?
  3. 3Ändere die Zahl der Moleküle mit dem Regler oder tippe in die Säule, um eins dazuzusetzen.
  4. 4Lies oben rechts ab, welcher Anteil im All und welcher wieder am Boden ankommt. Bei jeder Änderung beginnt die Zählung neu.

Schaubild, nicht maßstäblich: In echter Luft kommt auf etwa 2400 Moleküle nur ein CO₂-Molekül, die Säule ist dafür kilometerhoch. In den unteren Luftschichten gibt ein angeregtes Molekül die Energie meist erst durch Stöße an seine Nachbarn weiter, und die Luft erwärmt sich; sie strahlt dann selbst Infrarot ab.

Gas

Wellenlänge λ

15,0 µm

Zahl der Moleküle

40

Nahaufnahme

Aufnahme
Kohlenstoffdioxid bei 15,0 µm: 100 % der Treffer

Aufträge

  1. Stelle CO₂ bei 15 µm ein. Was passiert mit den Photonen? Wechsle auf 10 µm. Was ändert sich?
  2. Stickstoff und Sauerstoff bilden etwa 99 % der Luft. Probiere N₂ und O₂ bei ihren Schwingungen aus. Warum sind sie keine Treibhausgase?
  3. Auch CO₂ hat eine Schwingung, die Infrarot nicht anregt. Finde sie mit den Knöpfen. Warum geht es bei ihr nicht?
  4. Lass bei 15 µm mindestens 100 Photonen laufen. Trage für 0, 20, 40, 80 und 120 Moleküle den Anteil ein, der im All ankommt. Wie hängt er von der Zahl der Moleküle ab?
  5. Warum wird es am Boden wärmer, obwohl die Moleküle die Energie nur weiterreichen?
  6. Jemand sagt: „Bei 15 µm nimmt CO₂ schon alles auf, mehr CO₂ ändert nichts.“ Was stimmt daran, was nicht?

Theorie: Wärmelehre, Kapitel „Treibhauseffekt“; die Wirkung der Gase auf das Spektrum zeigt „Absorption in der Atmosphäre“.