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Wie funktioniert eine Atomuhr Atomuhr Funktion Einfach Erklärt Physik Academy
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Atomuhren finden beispielsweise bei GPS-Satelliten Anwendung. In diesem Video erklären wir wie Atomuhren funktionieren. Viel Spaß. • ► Timestamps: • 0:00 Intro • 0:29 Funktionsweise Atomuhren • 2:34 Resonanz • 2:47 Genauigkeit Atomuhr • 3:21 Outro • ►nützliche Links zum Thema: • Welt der Physik: https://www.weltderphysik.de/gebiet/t... • Spektrum der Physik: https://www.spektrum.de/frage/wie-fun... • https://www.timeanddate.de/zeitzonen/... • https://www.ptb.de/cms/fileadmin/inte... • ►Skript: • Atomuhren sind längst in unserem Alltag präsent. Sie geben Funk- und Bahnhofsuhren den Takt vor. Und sie sorgen dafür, dass wir uns nicht verfahren. Unsere GPS-Systeme funktionieren mithilfe von Satelliten. Diese Satelliten besitzen eine Atomuhr mit welcher sie die exakte zeit bestimmen können. Ohne diese Atomuhren hätten wir keine genaue Standortbestimmung. • Doch wie genau funktionieren Atomuhren eigentlich genau? • Dazu schauen wir uns erstmal ein Atom an. Einfach gesagt kann dieses mehrere Energieniveaus einnehmen. In unserem Beispiel kann es im Energieniveau eins dem grundzustand und dem energiezustand 2 dem angeregten zustande vorliegen. Im angeregten Zustand besitzt dieses Atom sozusagen einen höheren Wert an Energie. Um in den angeregten Zustand zu gelangen, muss das Atom besipielsweise ein Photon absorieren das bedeutet ein Photon aufnehemen. Dieses Photon ist das Teilchen aus dem Licht besteht und wird deshalb oft auch als Lichtteilchen oder Lichtquant benannt. Um in ein niedrigeres Energieniveau zu gelangen muss das Atom wieder ein Photon abgeben. • • Der Aufbau einer Atomuhr ist relativ einfach. In einem Atomstrahlofen werden Cäsiumatome erhitzt und verdampfen. Dies gescheiht bei einer Temperatur von circa einhundert grad. Cäsium ist geeignet, da damit vergleichsweise einfach eine Atomuhr realisiert werden kann. Die Atome befinden sich hier im Energieniveau eins oder zwei. Darauf folgt ein Sortiermagnet. Dabei werden die Atome so sortiert, dass nur noch die Atome im Energieniveau 1 also im grundzustand weitergelangen. • Im mikrowellenresonator herrscht ein magnetisches Mikrowellenfeld in welchem Atome bei einer gewissen Frequenz ihren Zustand wechseln. Dies bedeutet, dass einige Atome vom grundzustand in den angeregten Zustand wechseln. Die Anzahl davon hängt von der Frequenz des Mikrowellenfeldes ab. Die Atome im Grundzustand werden vom darauf folgenden Sortiermagneten abgelenkt. Im gegensatz zu den angeregten Atomen, welche vom Detektor gemessen werden. • Nun ist aber lediglich ein Atom am Detektor angekommen. Dies liegt daran dass die Frequenz im Mikrowellenresonator nicht perfekt eingestellt war. Drehen wir die Zeit zurückund ändern wir diese Frequenz. Nun sehen wir, dass alle Atome in en angeregten Zustand übergegangen sind und somit auch alle am Detektor ankommen. • Die Frequenz also die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde muss also so lange verändert werden, bis möglichst viele Cäsiumatome in den angeregten Zustand übergehen. Ist die perfekt frequenz erreicht spricht man von der resonanz. Diese frequenz beträgt neun milliarden hundertzweiundneunzig millionen sechshunderteinunddreißig tausend siebenhundertsiebzig hertz. Das bedeutet, dass diese Mikrowelle neun milliarden hundertzweiundneunzig millionen sechshunderteinunddreißig tausend siebenhundertsiebzig mal in der sekunde schwingt. Nach dieser Anzahl von Schwingungen ist somit eine Sekunde vergangen. • • Vergleicht man nun die Genauigkeiten zwischen einer Armbanduhr und einer Atomuhr so ist dies zwar ein sehr unfairer vergleich, jedoch kann man gut erkennen wie genau eine Atomuhr geht. Eine Armbanduhr geht am Tag circa eine Sekund falsch. Dies entspricht einer Ungenauigkeit von zehn hoch minus 5. Eine Atomuhr hingegen besitzt eine Ungenauigkeit von zehn hoch minus vierzehn und geht damit 1 sekunde in mehreren millionen jahren falsch • ▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬▬
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