Modulhandbuch BaET2012_Radiometrie Fotometrie Strahlungsphysik

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Verantwortlich: Prof. Dr. Michael Gartz

Modul

Organisation

Bezeichnung Lang BaET2012_Radiometrie Fotometrie Strahlungsphysik MID BaET2012_RFS MPID O

Zuordnung Studiengang BaET2012 Studienrichtung O Wissensgebiete O_GWO H_GWA (2)

Einordnung ins Curriculum Fachsemester 3-4 Pflicht O Wahl

Version erstellt 2011-12-08 VID 1 gültig ab WS 2012/13 gültig bis

Zeugnistext

de

Radiometrie, Fotometrie, Strahlungsphysik

en

Radiometry, Photometry, Radiation Physics

Unterrichtssprache

Deutsch oder Englisch

Modulprüfung

Form der Modulprüfung
sk	Regelfall (bei geringer Prüfungsanzahl: sMP)

Beiträge ECTS-CP aus Wissensgebieten
O_GWO	3
H_GWA	2
Summe	5

Aufwand [h]: 150

anerkennbare LV

• F07 RFS

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Prüfungselemente

Vorlesung / Übung

Form Kompetenznachweis
bÜA	Präsenzübung und Selbstlernaufgaben

Beitrag zum Modulergebnis
bÜA	unbenotet

Spezifische Lernziele

Kenntnisse

• (PFK.1, PFK.2, PFK.3, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.11, PFK.13)
  • Grundbegriffe der Radiometrie und Fotometrie(PFK.2, PFK.3, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.11, PFK.13)
    • Spektrum der elektromagnetischen Strahlung
      • Farbe
      • Farbtemperatur
    • Radiometrische Grundgrößen
      • Differentieller Raumwinkel
      • Strahlungsenergie
      • Strahlungsfluss
      • Strahlstärke
      • Spezifische Ausstrahlung
      • Strahldichte
      • Bestrahlungsstärke
      • Bestrahlung
    • Fotometriesche Grundgrößen
      • Lichtmenge
      • Lichtsstrom
      • Lichtstärke
      • Leuchtdichte
      • Beleuchtungsstärke
      • Belichtung
    • Lambertscher Strahler
    • Grundgesetz der Strahlungsübertragung
    • Materialkennzahlen zur Beschreibung der Wechselwirkung Strahlung mit Materie
      • Spektraler Reflexionsgrad
      • Spektraler Transmissionsgrad
      • Spektraler Absorptionsgrad
      • Spektraler Emissionsgrad
    • Thermisches Gleichgewicht
    • Stationarität
  • Strahlungsgesetze des schwarzen Hohlraumstrahlers(PFK.2, PFK.3, PFK.5, PFK.11, )
    • Plancksches Strahlungsgesetz
    • Rayleigh-Jeans-Gesetz
      • Ultraviolett Katastrophe
    • Wiensches Strahlungsgesetz
    • Wiensches Verschiebungsgesetz
    • Stefan Boltzmann Gesetz
    • Kirschhoffsches Gesetz
  • Streuung(PFK.3, PFK.5)
    • Rayleigh Streuung
    • Mie Streuung
  • Strahlungsdetektoren(PFK.1, PFK.3, PFK.4 )
    • Photodiode
    • Spektrometer
    • Bolometer
    • Sonderdetektoren
  • Eigenschaften spezieller Elemente und optischer Systeme(PFK.1, PFK.2, PFK.4, PFK.7)
    • Strahlungsquellen
      • Schwarze Strahler
        • Grauer Strahler
      • Lumineszenzstrahler
      • Sonderlichtquellen: Synchrotron, Plasmaquelle etc.
      • Selektiver Strahler
    • Pyrometrie
      • optischer Aufbau
      • Funktionsweise
      • Korrektur der Umgebungstemperatur
    • Lichtquellen
      • Halogenlampe
      • Gasentladungslampe
      • Leuchtdioden

Fertigkeiten

• (PFK.1, PFK.2, PFK.3, PFK.4, PFK.5, PFK.7, PFK.8, PFK.11)
  • Berechnen von
    • Umrechung von spektraler Energiedichte in spektraler Strahldichte
    • Umrechnung von Frequenz bezogener spektraler Strahldichte in Wellenlänge bezogene Strahldichte
    • spezifischen Ausstrahlung aus spektralen Strahldichte
    • Umrechnung Radiometrischen Größen <-> Fotometrische Größen
    • Strahlungsausbeute
    • Wellenlänge aus Bandlücke der LED
  • Charakterisieren von
    • Zeitverhalten thermischer Strahler
    • Zeitverhalten Lumineszenzstrahler
  • Beurteilen von
    • thermischen Strahlern
    • Lumineszenzstrahlern
    • Entladungsstrahlungsquellen

Handlungskompetenz demonstrieren

• Lernfähigkeit demonstrieren (PSK.4) (Übungen)
• Gesellschaftliche und ethische Grundwerte anwenden (PSK.3) (Vorlesung + Übung)
• Finden sinnvoller Systemgrenzen (PFK.1) (Übungen)
• Abstrahieren der wesentlichen Aspekte eines fachlichen Problems (PFK.2) (Übung)

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Anwendung der prinzipieller Umrechnung von Strahlungsphysikalischen Größen in Fotometrische Größen für verschiedene Größen.Berechnung der Wellenlänge der Strahlung aus der Bandlücke des Halbleitermaterials bei Leuchtdioden;Beschreiben der verschiedenen in der Natur vorkommenden Streuarten;Überprüfen der Strahlungsausbeute verschiedenartiger Strahlungsquellen;Umrechung der Frequenz elektromagnetischer Strahlung in Wellenlänge und in Photonenenergie ;Anwenden der Strahlungsgesetz für verschiedene thermische Strahler bei verschiedenen Strahlertemperaturen.

Praktikum

Form Kompetenznachweis
bPA	Praktikum, möglichst Teamarbeit
sSB	schriftlicher Ergebnisbericht

Beitrag zum Modulergebnis
bPA	Testat oder benotet, 0…30%

Spezifische Lernziele

Fertigkeiten

• (PFK.1, PFK.4, PFK.10, PFK.12, PFK.13, PSK.5)
  • Erfassen von elektrischen Signale nicht elektrischer Größen mit Hilfe spezieller Sensoren
  • Messreihen aufnehmen und dokumentieren
  • Diagramme erstellen
  • Ergebnisse auf Plausibilität überprüfen
  • Zusammenhänge erkennen und verstehen
  • Fehlerrechnung

Handlungskompetenz demonstrieren

• (PFK.3, PFK.4, PFK.5,PFK.6, PFK.7, PFK.10, PFK.11, PFK.12, PFK.13, PFK.14, PSK.1, PSK.3, PSK.5, PSK.6)
  • grundlegende optische Aufbauten selber realisieren
    • aufbauen
    • justieren
    • Funktionsprüfung durchführen
  • naturwissenschaftlich / technische Gesetzmäßigkeiten mit einem optischen Aufbau erforschen
    • Messreihen planen
    • Fehlereinflüsse abschätzen
    • Tauglichkeit des Aufbaus überprüfen
  • selbst gewonnenen Messreihen auswerten
    • Messwerte graphisch darstellen
    • Implizite Größen aus Messwerten math. korrekt berechnen
    • logische Fehler entdecken und bennen
    • Messwerte mittels vorgegebener Formeln simulieren
  • einen nachvollziehbaren Bericht verfassen
    • Aufgabenstellung beschreiben
    • Lösungsansatz darlegen
    • Ergebnisse übersichtlich aufbereitet darstellen
    • Ergebnisse technisch wissenschaftliche diskutieren
  • Komplexe technische Aufgaben im Team bearbeiten
    • Organisieren in Teilaufgaben
    • Messergebnisse diskutieren
    • gegenseitig sinnvoll ergänzen

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Aufbau einer Messanordnung und Vermessung des Emissionsvermögens, des Absorptionsvermögens, Messungen mit dem Bolometer;Aufbau einer Messanordnung und Vermessung von Strahlungsphysiklaischen und Fotometrischen Größen;Spektrale Vermessung von Leuchtdioden;Aufbau einer Messanordnung zum Vermessen des  Zeitverhaltens von verschiedenen Lichtquellen;Aufbau einer Messanordnung und Durchführung von Absorptionspektroskopie.