Dieser Audiobeitrag wird von der Universität Erlangen-Nürnberg präsentiert.

Okay, hallo, guten Morgen. Ich will einmal kurz qualitativ zusammenfassen,

auf welchem Stand wir uns gerade befinden. Und das mache ich an dem Beispiel,

wenn wir uns diesen Raum anschauen, dann haben wir schon einiges begriffen aus

unserer Vorlesung, zum Beispiel wie sich die Gasmoleküle hin und her bewegen.

Die mittlere kinetische Energie könnten Sie ausrechnen, Sie wissen, das ist

dreihalbe Karbolz-Mante und die Temperatur kennen Sie, also so weit sind

wir schon. Und dann male ich hier eine Karikatur von dem Raum, sozusagen der

Kasten, in dem sich das Gas bewegt. Und Sie wissen auch, die mittlere kinetische

Energie ist immer dieselbe, immer durch die Temperatur gegeben, egal welche Atome

oder Moleküle ich betrachte. Also die Masse spielt dafür keine Rolle für die

mittlere kinetische Energie. Gut, die flitzen also hier herum, die

Gasatome oder vielmehr sind es ja normalerweise Moleküle, Steckstoff oder

Sauerstoff zum Beispiel. Und wo wir gerade dabei sind, ist zu verstehen, was

intern in diesen Molekülen dann passiert. Denn zum Beispiel kann man sich fragen,

wenn wir die elektronischen Energieniveaus eines solchen Atoms oder

Moleküles anschauen, mit welcher Wahrscheinlichkeit ist nicht nur der

elektronische Grundzustand besetzt, sondern auch irgendein angeregter

Zustand. Und wenn Sie das ausrechnen würden, für die Moleküle, die sich hier

bewegen und Sie sagen, dass es vielleicht ein Elektron wollte, dann käme eine

winzige Besetzungswahrscheinlichkeit heraus für den angeregten Zustand.

So weit sind wir auch schon. Und dann können wir weitergehen und wir können

sagen, diese Moleküle können ja auch schwingen. Zum Beispiel die beiden Atome

in einem Stickstoffmolekül können gegeneinander schwingen. Und die Frage ist,

wie stark ist diese Schwingung thermisch angeregt. Das beantworten wir gerade,

indem wir uns den harmonischen Oszillator anschauen. Die Schwingung ist

genauso relevant, wenn ich hier die Wand oder irgendein festes Material

anschaue, weil sozusagen Schallwellen durch das feste Material laufen können.

Also hier ist jetzt irgendein Objekt. Das male ich so, als hätte ich hier einen

einfachen Kristall. In Wahrheit besteht es vielleicht aus vielen kleinen

Kristallen oder sogar völlig ungeordnet. Aber in jedem Fall können Schallwellen

hin und her laufen in diesem Objekt. Die male ich mal so. Und diese Schallwellen

sind auch thermisch angeregt und wir wollen auch verstehen, wie die thermisch

schwingen. Und schließlich gibt es auch Wärmestrahlung hier in dem Raum.

Außer dieser sichtbaren Strahlung, die keine Wärmestrahlung ist in dem Falle,

gibt es hier auch Infrarotwärmestrahlung, zum Beispiel von innen ausgesandt.

Und diese Infrarotelektromagnetischen Wellen gehen kreuz und quer durch diesen

Raum. Und es wäre eine vernünftige Frage, wie stark ist diese Strahlung zum

Beispiel bei verschiedenen Frequenzen. Und wir werden sehen, dieselbe Frage kann

auch wieder beantwortet werden, wenn wir den harmonischen Oszillator kennen. Weil

der harmonische Oszillator beschreibt nicht nur die Schwingung von einem

einzelnen Molekül, sondern auch die Schwingungen der vielen Normalschwingungsmoden

eines Kristallgitters und genauso die Schwingungen der vielen Normalschwingungsmoden

vom elektromagnetischen Feld in irgendeinem Volumen. Und wenn wir das dann

beisammen haben, dann können wir schon fast alle einfacheren Objekte oder

Fragestellungen beantworten, die wir hier uns ausdenken können.

Okay, wir waren gerade beim harmonischen Oszillator und wir hatten bisher

ausgerechnet die Zustandssumme und die Besetzungswahrscheinlichkeit. Und bei der

Besetzungswahrscheinlichkeit hatten wir gefunden, dass wenn man sie aufträgt

gegen die Anregungsenergie, also gegen dieses N, was mir sagt, in welchem