## Ziel der Simulation
Obwohl CO~2~ in der Atmosphäre nur in vergleichsweise geringer Konzentration vorkommt, leistet es einen wesentlichen Beitrag zum Treibhauseffekt. Das liegt vor allem daran, dass es Infrarotstrahlung, die von der Erde als Wärmestrahlung abgegeben wird, absorbiert und teilweise wieder in Richtung Erde abstrahlt. Ziel dieser App ist es, die molekularen Schwingungen von CO~2~ für Schüler/-innen in didaktisch reduzierter Form bildlich und greifbar darzustellen.
## Hinweise zur Verwendung
**Karte Einstellungen**
- Im Eingabefeld „Wellenlänge“ wird die Wellenlänge der einfallend IR-Strahlung festgelegt. Alternativ ist dies auch durch einen Klick im Diagramm in der Karte „Absorptionsgrad“ möglich.
- Mittels der Schaltflächen „Einschalten“ und „Ausschalten“ kann die IR-Strahlung ein- bzw. ausgeschaltet werden.
- Das Dipolmoment des Moleküls kann mittels „Zeige Dipolmoment“ dargestellt werden.
- Zum Vergleich steht neben CO~2~ auch N~2~ als Füllmaterial zur Verfügung, das kein elektrisches Dipolmoment besitzt.
**Karte „Absorptionsgrad“**
- Darstellung des von der Erdatmosphäre absorbierten Anteils in Abhängigkeit von der Wellenlänge
- Die blaue Linie visualisiert die gewählte Wellenlänge.
- Durch einen Klick auf das Diagramm kann die Wellenlänge geändert werden.
**Karte „Simulation“**
- Darstellung der CO₂-Moleküle, die zunächst nur eine geringe Temperatur besitzen.
- Das abgebildete Thermometer besitzt einen qualitativen Charakter.
## Implementierung
Modellierung:
- Die Wahrscheinlichkeit, dass ein CO~2~-Molekül zum Schwingen angeregt wird, ist direkt proportional zum Absorptionsgrad: ``p sim alpha``.
- Je nach Anregungsfrequenz schwingen CO~2~-Moleküle in einer Biege- bzw. asymmetrischen Streckschwingung.
- Schwingende Moleküle können ihre Schwingungsenergie spontan wieder als IR-Strahlung abgeben oder in Folge von Stoßvorgängen als kinetische Energie.
- Die bei Stoßvorgängen abgegebene kinetische Energie ist direkt proportional zur Schwingungsfrequenz: ``Delta E_"kin" sim f``
- Gleichzeitig strahlt die Gesamtheit aller Moleküle Energie in Form von Wärmestrahlung (im Sinne eines schwarzen Körpers) ab, für die abgestrahle Leistung gilt: ``P sim T^4``
- Die Temperatur ist direkt proportional zur gesamten im System vorhandenen kinetischen Energie: ``T sim E_"kin"``
- Die mittlere Teilchengeschwindigkeit ist proportional zur Wurzel der Temperatur: ``v sim sqrt(E_"kin")``
Im Sinne der didaktischen Reduktion wird eine Vielzahl vereinfachender Annahmen getroffen:
- Der quantenhafte Charakter der Infrarotstrahlung wird nicht visualisiert.
- Es werden nur Translations-Schwingungen, nicht aber Rotations-Schwingungen dargestellt.
- Die laut Quantenmechanik immer vorhandene Grundschwingung wird nicht berücksichtigt.
- Stöße werden nur näherungsweise berechnet (d.h. nicht exakt wie in der App [Zweidimensionaler Stoß](mint-collision)).
- Die Proportionalitätskonstanten sind so festgelegt, dass sich eine anschauliche Simulation ergibt.
## Quellen
1. [Wikipedia: Infrarotspektroskopie](https://de.wikipedia.org/wiki/Infrarotspektroskopie)
2. [Wikipedia: Kohlenstoffdioxid](https://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffdioxid)