Federkonstante < HochschulPhysik < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 03:39 Mo 15.03.2010 | | Autor: | Unk |
| Aufgabe | Der Kraftsensor eines Rasterkraftmikroskops besteht aus einem verspiegelten Silizium Mikrofederblatt mit der Federkonstante [mm] k=10^{-3} [/mm] N/m. Mit ihm können Kräfte bis herab zu 10pN gemessen werden.
(1) Berechne die dabei bewirkte Auslenkung.
(2) Entscheide durch Rechnung, ob der Photonendruck des Laserstrahls die Messung beeinflusst. |
Hallo,
1ter Teil:
[mm] F=-kx\Rigtharrow [/mm] |x|=F/k=10nm
2ter Teil:
Hier weiß ich nicht, wie ich das machen muss.
Wenn es so einen Photonendruck gibt, dann gilt doch:
[mm] F=-k(x_D+x) [/mm] und [mm] x_D [/mm] ist die Auslenkung, die durch den Photonendruck des Laserstrahls. Aber was soll ich nun hier genau rechnen? Und was soll das Ergebnis sein?
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 05:51 Mo 15.03.2010 | | Autor: | ONeill |
Hi!
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> 1ter Teil:
> [mm]F=-kx\Rigtharrow[/mm] |x|=F/k=10nm
![[ok]](/images/smileys/ok.gif "[ok]")
> 2ter Teil:
> Hier weiß ich nicht, wie ich das machen muss.
Wenn die Kraft durch Deine Photonen wesentlich kleiner ist, als die zu messende Kraft, dann kann der Photoneneinfluss wohl vernachlaessigt werden, aber dazu hat bestimmt ein Physik Profi noch ne bessere Antwort.
Gruss Christian
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(Antwort) fertig | | Datum: | 12:24 Mo 15.03.2010 | | Autor: | leduart |
Hallo
der Photonendruck kommt durch h*k zustande, aber dazu müsste man was über den Laser und die Querschnittsfläche wissen.
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 04:55 Mi 24.03.2010 | | Autor: | Unk |
> Hallo
> der Photonendruck kommt durch h*k zustande, aber dazu
> müsste man was über den Laser und die Querschnittsfläche
> wissen.
> Gruss leduart
Zum Laser weiß ich noch: Helium-Neon-Laser, der bei einer Wellenlänge von 633 nm eine Leistung von 20mW abstrahlt.
Ist das k aus h*k denn wieder die Federkonstante, oder die Wellenzahl [mm] k=2\pi/\lambda?
[/mm]
Wozu braucht man nun noch die Querschnittsfläche?
Gruß unk?
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(Antwort) fertig | | Datum: | 05:43 Mi 24.03.2010 | | Autor: | ONeill |
Hi!
> Wozu braucht man nun noch die Querschnittsfläche?
Weil es einen Unterschied macht, ob die angegebene Leistung auf eine Flaeche von 1 cm^@ oder 1 [mm] km^2 [/mm] abgestrahlt wird. Die Leistungsdichte ist halt einfach eine ganz andere. Ein anschaulicher Vergleich waere da wohl der Druck (Kraft pro Flaeche).
Gruss Chris
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 17:27 Do 25.03.2010 | | Autor: | Unk |
> Hi!
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> > Wozu braucht man nun noch die Querschnittsfläche?
> Weil es einen Unterschied macht, ob die angegebene
> Leistung auf eine Flaeche von 1 cm^@ oder 1 [mm]km^2[/mm]
> abgestrahlt wird. Die Leistungsdichte ist halt einfach eine
> ganz andere. Ein anschaulicher Vergleich waere da wohl der
> Druck (Kraft pro Flaeche).
>
> Gruss Chris
Klar, dass die Leistungsdichte eine andere ist. Aber kann man den Photonendruck nicht einfach quasi normiert angeben, wie den Druck auch, also einfach auf den quadratmeter normiert?
Geht das nicht, dann nehme ich einfach mal an, die Fläche sein einen [mm] mm^2 [/mm] groß, wie könnte ich dann genau den Photonendruck berechnen?
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(Antwort) fertig | | Datum: | 17:42 Do 25.03.2010 | | Autor: | leduart |
Hallo
was k ist solltest du schon aus dimensionsgründen sehen
Lichtimpuls: p=h*f/c
der Druck entsteht durch Umkehrung des Impulses bei Reflexion ,oder nderung des Impulses auf 0 bei Absorption.
also wenn n Photonen auf A auftreffen ist der Druck 2*n*h*f/(c*A)
gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 20:53 Do 25.03.2010 | | Autor: | Unk |
Habe jetzt mal den Impulsübertrag pro sekunde berechnet, also [mm] np=n\hbar k=6.66*10^{-11} [/mm] N.
Wenn das aber die Kraft ist, die die Photonen bewirken, dann ist das doch bereits mehr als die 10pN die mit dem Rasterkraftmikroskop gemessen werden können. Dann können doch also eben diese 10pN garnicht gemessen werden, oder ist irgendwo ein Denkfehler?
Dann würde ja der Photonendruck das relativ stark beeinflussen.
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Hallo!
Die Rechnung ist fast richtig, du hast aber den Faktor 2 vergessen, weil die Photonen zurückgeworfen werden. Sie haben dann einen Impuls gleicher Größe, aber umgekehrter Richtung, macht einen Unterschied von 2x ursprünglicher Impuls.
Die Fläche sollte hier keine Rolle spielen, weil man sicher davon ausgehen kann, daß der gesamte Laserstrahl auf den Spiegel trifft.
Der Druck des Lasers ist also größer als die Kraft der Messung. Aber ist das wirklich ein Problem für die Messung? Der laser ist die ganze Zeit an, drückt daher die ganze Zeit gegen den Spiegel. Denk mal genau drüber nach.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 01:29 Fr 26.03.2010 | | Autor: | Unk |
> Hallo!
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> Die Rechnung ist fast richtig, du hast aber den Faktor 2
> vergessen, weil die Photonen zurückgeworfen werden. Sie
> haben dann einen Impuls gleicher Größe, aber umgekehrter
> Richtung, macht einen Unterschied von 2x ursprünglicher
> Impuls.
>
> Die Fläche sollte hier keine Rolle spielen, weil man
> sicher davon ausgehen kann, daß der gesamte Laserstrahl
> auf den Spiegel trifft.
>
> Der Druck des Lasers ist also größer als die Kraft der
> Messung. Aber ist das wirklich ein Problem für die
> Messung? Der laser ist die ganze Zeit an, drückt daher die
> ganze Zeit gegen den Spiegel. Denk mal genau drüber nach.
Naja wenn das wirklich ein Problem wäre, wäre der Einsatz des Rasterkraftmikroskops ja auch sinnlos. Kräfte addieren sich ja, also denke ich mal, dass man bevor man mit der eigentlichen Messung beginnt, das Teil auf Null setzen kann, sodass eben quasi die der Photonendruck die ganze Zeit schon abgezogen wird, oder?
Aber eigentlich sollte man ganz korrekt nach Aufgabenstellung durch Rechnung entscheiden, ob der Photonendruck die Messung beeinflusst und das tut er dann im Prinzip ja schon.
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Hallo,
nun ja, viele Messverfahren beeinflussen die zu messende Größe. Wichtig ist, das du den Einfluss kennst, um den 'Störanteil' nachher (oder wie hier den 'Nullpunktfehler' vorher) wieder loszuwerden.
Eine andere Frage wäre z.B. auch: kommt das Messgerät durch die Überlagerung der beiden Kräfte in ein Gebiet, das für die Messung nicht mehr zulässig ist? Scheint mir hier nicht der Fall zu sein.
Fazit: Beeinflussung ja, ist aber handhabbar
Gruss Christian
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