Photonen

perttivalkonen schrieb:Irgendwo hab ich mal gelesen, daß der Druck, den die volle Ladung Sonne auf ein Auto haut, dieses auf ner Waage ganze zwei Gramm schwerer erscheinen läßt.

Das kommt mir zuviel vor. Laut Wiki ist der Solar-Strahlungsdruck bei der Solarkonstante von 1370W/m² 4,6-9,2µPa je nach Reflexionskoeffizient der Oberfläche. Das würde ein Auto also nur ein paar mg "schwerer" machen.

Wikipedia: Strahlungsdruck

delta.m schrieb:Es geht aber hierbei nicht nur um das bloße Gewicht von 168 t sondern
um die "Aufprallenergie" dieser Masse.

Die 168t sind bereits die gesamte Energie an Sonneneinstrahlung die die Erde täglich erreichen, beziehungsweise das Masseäquivalent dieser Energie. Ruhemasse haben die Photonen keine (deswegen bewegen sie sich auch mit Lichtgeschwindigkeit), es erreichen also nicht 168t Materie, sondern 168t Strahlungsenergie die Erde pro Tag mit Lichtgeschwindigkeit.

gerhard86 schrieb:Das kommt mir zuviel vor.

Jetzt, wo ich das mit den 168 Tonnen gelesen habe und das mit den erinnerten 2g abgleiche, scheinen mir selbst Milligramm zu viel des Guten. Zwei Gramm pro 4m² Autofläche wären ein halbes Gramm pro Quadratmeter. Zwei Quadratkilometer erhielte somit schon "eine Tonne Druck"; und ich glaube nicht, daß die Kreisfläche der Erde (Pi mal Erdradius²) nur 336km² ergibt. Vielmehr ergibt der durchschnittliche Erdradius von 6371km eine Kreisfläche von gut 127,5 Millionen Quadratkilometern. Darauf die 168 Millionen Gramm Lichtdrucks verteilt macht gut 1,3g auf 1km² Erdoberfläche bei schattenloser Sonneneinstrahlung (also totaler Zenit). Oder eben 1,3 Mikrogramm auf 1m².

@perttivalkonen
Der Strahlungsdruck (die 4,6-9,2µPa bei voller Sonne) und die Photonenmasse (168t/Tag) sind 2 verschiedene Größen.
Die 168t/Tag sind die bewegte Masse der Photonen bzw das Masseäquivalent ihrer Energie. Nimmt man sie mal c² und mal 365 Tage, bekommt man etwa die 1,5*10^18 kWh die im Jahr an Sonnenenergie die Erde treffen. Das Auto wird durch die Bestrahlung nur massereicher, wenn es die Energie irgendwie speichern kann. Da 1kWh ca 40ng entspricht kann ein Elektroauto mit Solarzellen und einer 50kWh Batterie und Solarzellen etwa 2µg Masse "einfangen".
Der Strahlungsdruck entsteht dagegen durch den Impulsfluss der Photonen, weil diese 168t trotzdem mit c die Erde treffen. Die 1370W/m² senkrechter Sonneneinstrahlung entsprechen 152ng/(s*m²), deren flächenbezogener Impulsfluss von 152ng/(s*m²)*3e8m/s=4,6µgm/(s²*m²)=4,6µPa bei Absorption vom Auto aufgenommen werden muss, und bei Reflexion sein Vorzeichen ändert, wodurch das Auto den doppelten Impuls bekommt und damit den doppelten Druck. Das ist keine Massezunahme, aber eine Kraft die eine übliche Waage dann eben als die paar mg Gewichtszunahme interpretiert.

@gerhard86
@perttivalkonen

Ok gerhard86 war etwas schneller ich poste es trotzdem noch.


Das Masseäquivalent ist nicht die hinzukommende Masse beim Wiegen. Entscheidend ist der Impuls.

Impuls der Photonen wäre E/c wir haben aber eine Intensität I, also Energie pro Zeit und Fläche daher bekomme ich sofort den Druck

Ich runde teilweise sehr stark, da ich nur die Größenordnung haben will und keinen exakten Wert.

p=I/c=1(kJ/(s*m^2))/c=3µPa (bei vollständiger Absorption bzw. 6µPa bei vollständiger Reflektion)

Fläche eines Autos ist ungefähr 8 m^2, Erdbeschleunigung ist 10 m/s^2:

3µPa*8m^2/(10m/s^2)=2,4 µg

Ein Auto bringt in der Mittagssonne also wenige µg mehr auf die Waage.

Die gesamte Kraft, die die Strahlung auf die Erde ausübt sind ungefähr

p*A=3µPa*1,27*10^14 m^2=4*10^8 N

Die Sonnenbeschleunigung bei Erdradius* sind etwa 0,006 m/s^2

Die Erde wird bezogen zur Sonne dann etwa um

F/g_solar=4*10^8 N/(0,006m/s^2)=7*10^10 kg

also 70 Megatonnen "leichter".

Klingt viel, wirkt sich bezüglich der Erdmasse erst an der 14. Nachkommastelle aus.

*edit: gemeint ist hier natürlich der mittlere Bahnradius der Erde

@Zotteltier

Zotteltier schrieb:3µPa*8m^2/(10m/s^2)=2,4 µg

Hmm, mindestens einer von uns hat sich verrechnet; imho sind es 3e-6Pa*8m^2/(10m/s^2)=24e-6kgm/s^2/(10m/s^2)=2.4e-6 kg was aber wiederum 2,4mg wären.

@gerhard86
Hast Recht. Mein Fehler.

@Zotteltier

Zotteltier schrieb:Die Sonnenbeschleunigung bei Erdradius* sind etwa 0,006 m/s^2

Was ist damit gemeint?
Wird die Erde durch die Sonnenstrahlung um 0,006 m/s² auf ihrer Umlaufbahn nach außen (von der Sonne weg) beschleunigt?
Das wäre doch ein viel zu hoher Wert - oder hab ich das falsch interpretiert ... :ask:

@delta.m
Das ist die Beschleunigung durch die Gravitation der Sonne. Also das was üblicherweise an der Erde 'zieht'.

Ich hab oben auch Blödsinn geschrieben fällt mir auf, die 1370W sind in Wirklichkeit 15,2pg/(m²*s). Also kommen die 4,6µPa so zustande:
15,2pg/(s*m²)*3e8m/s=4,6µgm/(s²*m²)=4,6µPa.

@gerhard86
@Zotteltier

gerhard86 schrieb:Das Auto wird durch die Bestrahlung nur massereicher, wenn es die Energie irgendwie speichern kann.

Zotteltier schrieb:Das Masseäquivalent ist nicht die hinzukommende Masse beim Wiegen.

Und ich schrieb doch extra nicht davon, daß das beschienene Auto schwerer würde, sondern daß es auf ner Waage schwerer erschiene. Eben wegen des Strahlungsdrucks, nicht wegen absorbierter Masse. Hier:

mal gelesen, daß der Druck, den die volle Ladung Sonne auf ein Auto haut, dieses auf ner Waage [ganze zwei Gramm] schwerer erscheinen läßt.

Diese Korrektur war also gar nicht nötig.

Das bedeutet also das es keiner Ruhemasse bedarf um der Wirkung der Raumkrümmung zu unterliegen, sei es die der Erde oder die eines schwarzen Lochs.
Elektromagnetische Felder unterliegen also auch der Gravitation.

Das Licht müsste durch jedes Gravitationsfeld abgelenkt werden. Ich weiß nicht wie fein man das heute messen kann. Nennenswerte Ablenkung beobachtet man bei stärkeren Gravitationsfeldern.
Auch unsere Sonne lenkt das Licht ein wenig ab.
Bei einem schwarzen Loch ist diese Ablenkung so stark das das Licht direkt ins schwarze Loch gelenkt wird.

Wenn Licht von der Gravitation beeinflusst wird, wie sieht diese Beeinflussung aus, wenn Licht sich gerade von einem Gravitations Schwerpunkt (kein schwarzes Loch) weg bewegt?
Da die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, wird das Licht durch die Gravitation beeinflusst aber nicht verlangsamt.
Also ändern sich die Variablen Raum und Zeit.

lukistar schrieb:Elektromagnetische Felder unterliegen also auch der Gravitation.

Versuchst du hier gerade zwei fundamentale Wechselwirkungen zu vereinigen? :D

Elektromagnetische Felder sind aus elektrischen und magnetischen Feldern zusammengesetzt. Sie entstehen, z.B. wenn sich elektrische Ladungen bewegen, oder Spannungen sich verändern und bei der zeitlichen Änderung elektrischer und magnetischer Felder. Dann bildet sich eine elektromagnetische Welle, die sich räumlich ausbreitet, und dabei Energie transportiert.

So weit ich weiß, sind es die Trägerteilchen von Ladungen und Energie (Elektronen, Protonen, Photonen), die der Gravitation unterliegen, aber nicht die elektromagnetischen Felder selbst. Felder beschreiben in der Physik eh nur die räumliche Verteilung physikalischer Größen, auch wenn manche von ihnen selbst physikalische Objekte darstellen.

Erwähnenswert ist vielleicht noch, dass die Gravitation ca. 10^39 Größenordnungen schwächer ist, als die Elektromagnetische WW.

lukistar schrieb:Wenn Licht von der Gravitation beeinflusst wird, wie sieht diese Beeinflussung aus, wenn Licht sich gerade von einem Gravitations Schwerpunkt (kein schwarzes Loch) weg bewegt?

Es verliert Energie, oder anders ausgedrückt, es wird ins "Rote" verschoben. Kürzlich habe ich ein Video gesehen, wo das anschaulich erklärt wird (ca. ab min. 28.15). Es schadet aber auch nix, wenn man sich das komplette Video anschaut :D

Relativitätstheorie für Laien

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@Peter0167

Peter0167 schrieb:Erwähnenswert ist vielleicht noch, dass die Gravitation ca. 10^39 Größenordnungen schwächer ist, als die Elektromagnetische WW.

Du meinst wohl 39 Größenordnungen.

Gim schrieb:Du meinst wohl 39 Größenordnungen.

Jep, ich verbuche das mal unter "Pech beim Denken", geht mir schon die ganze Woche so :D.

Peter0167 schrieb:ca. 10^39 Größenordnungen schwächer

Manche Fehler sind so universell, daß sie vom Hörer/Leser gleich nochmal begangen werden. Wodurch dann aber die richtige Botschaft ankommt. Doppelt gemoppelt ist so eine Fehlerart. So wie hier "10^" und "Größenordnung". Ist mir wie sicher den meisten gar nicht aufgefallen und doch richtig verstanden worden. Lustig...

Weshalb ist licht unterbrochen in photonen?

@wrentzsch

wrentzsch schrieb:Weshalb ist licht unterbrochen in photonen?

Was meinst du mit unterbrochen? Licht ist ein Strom von Photonen, das ist eben seine Natur. So wie es die Natur von fester Materie ist, eine Ansammlung von Elektronen, Protonen und in der Regel auch Neutronen zu sein.

Ich habe heute Nacht mal wieder schlecht geschlafen, hatte also Zeit über Vieles nachzudenken, u.a. auch über Photonen.

Und Photonen haben ja gemäß ihrer Frequenz auch einen Impuls und eine Energie. Diese Energie wird nun bei diversen Wechselwirkungsprozessen mit Materie (z.B. beim durchqueren eines Mediums) in andere Energieformen umgewandelt. So weit ist das schon klar, aber Photonen können ja auch auf andere Weise Energie verlieren, und da ist die Frage nach dem Verbleib der Energie nicht so klar, zumindest nicht für mich. Womöglich wusste ich das ja schon mal und habs nur vergessen :D

Ein Blick in Wikipedia hat mir auch nicht wirklich was gebracht, habs aber auch nur kurz überflogen. Daher stelle ich die Frage hier einfach mal rein, kann ja nicht schaden, die Sache noch mal aufzufrischen.

Also, nehmen wir mal den Superstar unter den Photonen, das Gamma-Quant Gisela. Gisela brettert mit LG durch den leeren Raum, weit und breit nix zum wechselwirken in Sicht, und trotzdem spürt Gisela, wie sie allmählich ihre Energie verliert. Und weil Photonen nicht doof sind, insbesondere die hochenergetischen, kennt sie auch den Grund dafür .... der Raum expandiert ... und zieht dabei ihre Zettahertz-Welle, auf die sie so stolz war, runter in den Exahertz-Bereich, und ehe Gisela schnallt was mit ihr geschieht, ist sie nur noch ein schnödes Röntgen-Quant.

Aber wo ist sie geblieben, die Energie, mit der sie einst noch Angst und Schrecken unter den organischen Molekülen verbreitet hat? Heute könnte sie bei einer Kohlenstoff-Doppelbindung bestenfalls noch ein leichtes Jucken in den π-Orbitalen provozieren. Und wo soll das mal enden? Was geschieht mit Gisela, wenn ihre Wellenlänge so erschlafft, dass die Dunkle Materie sie als Springseil benutzt? Geht die Energie in die Raumzeit über?

@Peter0167

Yepp, Gisela hat jetzt weniger Wellenberge und Wellentäler pro laufendem Meter als früher, sie ist schwächlicher geworden, und zwar exakt in dem Maß, wie sie nun weniger solcher Einzelwellen pro gleicher Strecke besitzt. Wie in diesem Bild, wo die Wellenlänge oben exakt zehn mal so lang ausfällt wie unten:



Aber jetzt stell ich mal die Frage: Wer ist Gisela?

Auf dem Bild da oben mag Gisela drauf sein, oben als die neue, unten als die alte Gisela. Aber wo fängt Gisela an, und wo hört sie auf? Ich zeig Dir mal ein Bild, wo nur Gisela drauf ist. Wieder unten die alte und oben die neue:



Gisela wurde von der Raumexpansion mitgedehnt, sie ist in die Breite gezogen (oder länger geworden). Aber die Zahl der Wellen ist gleich geblieben. Und damit auch die Menge der Energie, die in Gisela steckt.

OK, vielleicht besteht Gisela weiterhin nur aus einer konstanten Länge, also einem fest in seiner Länge definierten Abschnitt eines Lichtstrahls. In dem Falle müßten wir sagen, daß das da unten Gisela ist, und oben sehen wir Gisela, Hannelore, Isolde, Johanna, Karla, Ludmilla, Marta, Nora, Olga und Petra. Also Gisela und neun durch die Raumzeit produzierte Schwestern, die es am Anfang noch nicht gab.

Dennoch bleibt bestehen, daß das Stück Licht exakt das ist, was zuvor mal die Gisela war. Wenn Du die Gesamtenergiemenge dieses Stücks Licht herausfinden willst, mußt Du die Wellenzahl je Meter multiplizieren mit der Länge des Stücks Strahlung. Oben wie unten. Oder Du machst es Dir einfach und zählst die Wellenzahl der beiden Lichtabschnitte einfach aus.

Et voilà - oben wie unten steckt genauso viel Energie drinnen.

Die Energie geht also Gisela verloren, und zwar tatsächlich an die Raumzeit. Zugleich aber hat die Raumzeit mit ihrer Expansion zugleich auch Arbeit in Gisela investiert, Energie reingesteckt, indem die Raumzeit Gisela in die Länge gezogen hat. Und zwar genauso viel, wie Gisela an die Raumzeit bezahlt hat.