Schwingungen freier Wassermoleküle (Resonanzfrequenz)

KeinEinStein · Gast

Meine Frage:
Hallo,

bei der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen gibt es typische
Absorptionsspitzen, unter anderem bei rund 60 GHz. Es ist allgemein
bekannt, dass diese durch die "Resonanzeffekten" bei freien H2O-, O2-
und anderen Molekülen hervorgerufen werden. Aber: Was mir fehlt, ist
eine Erläuterung der tatsächlich dort ablaufenden Prozesse (was für
eine Art Schwingung liegt vor? Knickschwingung? Longitudinalschwingung?
usw.). Im Idealfall sowohl mit mathematischer als auch mit
anschaulicher Beschreibung.

Meine Ideen:
Ich habe natürlich im Internet mit verschiedenen Suchbegriffen geforscht,
bin dabei aber "nur" (natürlich auch nicht schlecht) auf die Information
gestßoßen, dass die "Spitzen" relativ flach sein sollen (eine sehr
relative Angabe, mit der ich nicht viel anfangen kann; die Spitzen
im Dämpfungsverlauf sind natürlich nicht spitz, aber schon deutlich
ausgeprägt) und bei den Frequenzen 22,235 GHz, 183,31 GHz und 325,131 GHz
für Wasser sowie bei 60 GHz und 118,75 GHz für zweiwertigen Sauerstoff
liegen. Ein Besuch der Bibliothek mit Blicken in einige Physikbücher
(unter anderem Gerthsen und Tipler/Mosca) hat leider auch nicht
weitergeholfen. Das kann aber auch daran liegen, dass mir die
erforderlichen Suchbegriffe nicht ganz klar sind. Mit Wassermolekül;
Absorptionslinie; Resonanzspektren usw. was mir kein Erfolg beschieden.

Willi23 · Anmeldungsdatum: 07.02.2014 Beiträge: 174

Verstehe jetzt nicht alles von dem was du geschrieben hast, z.b. was du mit den "Spitzen" meinst ... Meinst du damit die Form der Resonanzkurve?

Aber unabhängig davon würde ich behaupten dass alle möglichen Schwingungsarten angeregt werden können. Je nachdem wie das Molekül aufgebaut ist sind das Knickschwingungen, longitudinalschwingungen oder Beides. Die verschiedenen Schwingungsmoden haben natürlich unterschiedliche Eigenfrequenz.

Also angenommen wir stellen uns ein Wasseratom der einfachheit halber mal ohne dipolmoment vor. Also ein Gerades Atom bei dem die Bindungen keinen besonderen Winkel einschließen (H ---- O ---- H) Dann kann man sich da ja recht einfach vorstellen dass da sowohl eine longitudinalschwingung, also auch eine Knickschwingung stattfinden kann. Diese beiden Schwingungstypen haben aber in der Regel nicht die gleiche Eigenfrequenz, werden also durch unterschiedliche Energien angeregt -> im Spektrum sollten mindestens 2 Absorbtionslinien zu finden sein.

Mathematische Herleitungen dazu habe ich jetzt nicht und das ist auch nur so aus dem Gedächtnis hingebabbelt also ohne Gewähr ... aber vielleicht hilfts ja schon ^^

KeinEinStein · Gast

Jau, zur Form der "Spitzen" siehe beispielsweise Abb. 2.6 (ganz unten) in

ivvgeo.uni-muenster.de/Vorlesung/GPS_Script/wellen_ausbreitung.html

Du bist meinen Gedanken schon weitgehend auf die Spur gekommen:
Es geht mir um die Eigenfrequenzen. Diese haben diskrete Werte
(wohl mehr oder weniger exakt), die sich aus der Geometrie ergeben.
[Als Nicht-Physiker drücke ich mich etwas unphysikalisch aus, ich weiß.]