Modulhandbuch BaET2012_Radiometrie Fotometrie Strahlungsphysik

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Verantwortlich: Prof. Dr. Michael Gartz

Modul

Anerkennbare Lehrveranstaltung (LV)

• F07 RFS

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

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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.