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Sprache Deutsch
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 27.07.2016 / 18.08.2016
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Wechselwirkung Strahlung - Materie

Bei der Absorption von Strahlung durch Materie wird Strahlungsenergie in Wärme umgewandelt.

Die Frequenz der Laserstrahlung, welche zur Materialbearbeitung eingesetzt wird (CO2-, Nd-YAG-, Dioden-, Excimer-Laser), liegt im Bereich von 1014 - 1016 Hz.

Bei diesen Frequenzen können nur die leichten Elektronen mitschwingen, die schweren Atomkerne nicht

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Absorption der Laserstrahlung an einer Oberfläche

• Beschreibung durch Drude-Theorie
• Wechselwirkung erfolgt über die Elektronen
• Verknüpfung mit Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Leitfähigkeit
• Energieaufnahme der Elektronen nur in Verbindung mit Stößen
• Bei Metallen Mechanismus der “Inversen Bremsstrahlung”
• Beschreibung durch “Plasmamodell” möglich

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Nenne die drei Polarisationsarten, die abhängig von der Frequenz der
Strahlung OmegaL unterschiedlich dominant sind:

- elektronische Polarisation (Auslenkung der Elektronen um die Ruhelage der Atomkerne): 1014 < omega< 1016 Hz

– ionische Polarisation (Verschiebung unterschiedlich geladener Ionen im Gitter gegeneinander): 1012 < omega< 2*1014 Hz

– Orientierungspolarisation (Ausrichtung permanenter Dipolmomente im elektrischen Feld): omega< 6*1012 Hz

Für Laserstrahlung (z.B.: OmegaCO2 = 1,78*1014 Hz; Omega Nd:YAG = 1,78* 1015 Hz) liegt insbesondere ionische, aber auch elektronische Polarisation vor

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Absorption und Temperaturerhöhung in Isolatoren

Nenne die Charakteristische Eigenschaft:

Charakteristische Eigenschaft:
Die Elektronen im Isolator sind fest an die
Atomkerne gebunden.

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Kann ein freies Elektron aus einer elektromagnetischen Welle Energie aufnehmen ?

 

Wird es mit der positiven Halbwelle beschleunigt ?

Und  mit der negativen verzögert?

Ein freies Elektron kann aus einer elektromagnetischen Welle keine Energie aufnehmen.


Mit der positiven Halbwelle wird es beschleunigt, mit der negativen verzögert.

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Wie kann das Absorptionsverhalten von Metallen beschrieben werden

Das temperaturabhängige Absorptionsverhalten von Metallen kann mit Hilfe der experimentell bekannten Leitfähigkeitsänderung beschrieben werden. Da die Wärmeleitfähigkeit K(T) für viele Metalle bis zur Verdampfungstemperatur bekannt ist, kann mit Hilfe der Wiedemann-Franz-Beziehung der Einfluss der Festkörpertemperatur auf die Elektronenstoßfrequenz berechnet werden.

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Absorption der Laserstrahlung

Die einfallende elektromagnetische Laserstrahlung führt zu gerichteten Schwingungen geladener Teilchen und damit zu Polarisationseffekten im Isolator, die sich mit dem Modell des harmonischen Oszillators beschreiben lassen.

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Absorption in Isolatoren

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