1. Der Impulsübertrag eines Photons auf ein Elektron ist dann am größten, wenn das Photon dieselbe Masse besitzt wie ein Elektron. Berechnen Sie für ein solches Photon die zugehörige Wellenlänge, und vergleichen Sie das Ergebnis mit der Compton-Wellenlänge.
m = h/(c·λ) → λ = h/(c·m) = (6.626·10^(-34) Js)/((2.998·10^8 m/s)·(9.109·10^(-31) kg)) = 2.426 10^(-12) m
Das ist jetzt auch zufällig die Compton-Wellenlänge.
2. Die Flügelblätter einer "Lichtmühle« sind auf einer Seite mattschwarz und auf der anderen silbrig glänzend. Die Mühle dreht sich bei intensiver Bestrahlung so, dass sich die schwarzen Seiten von der Lichtquelle weg- und die glänzenden auf sie zubewegen.
a) Zeigen Sie, dass die beobachtete Drehrichtung gerade nicht zu der Idee passt, dass die Drehung durch den Impulsübertrag der auf die Flügel eintreffenden Photonen verursacht wird.
Die Idee ist, dass das Flügelrad sich durch das Licht selbst dreht. Wenn ein Photon auf die schwarze Seite trifft, schiebt es das Rad ein wenig an (kleine Impulsänderung), aber wenn es von der blanken Seite abprallt, gibt es dem Rad einen größeren Schub (größere Impulsänderung). Das bedeutet, dass die schwarze Seite weniger Druck vom Licht erfährt als die blanke Seite. Deshalb sollte sich das Rad mit der schwarzen Seite vorwärts bewegen.
b) Suchen Sie nach einer Erklärung für die beobachtete Drehrichtung.
In einem Glasbehälter gibt es Luft. Wenn Wärme auf das Flügelrad trifft, wird die dunkle Seite stärker erwärmt als die helle. Dadurch wird auch die Luft in der Nähe der dunklen Seite wärmer als auf der anderen Seite. Wenn die Temperatur höher ist, bewegen sich die Luftteilchen schneller und haben mehr Schwung, was zu einem etwas höheren Druck auf der warmen, dunklen Seite führt im Vergleich zur kühleren reflektierenden Seite.
