Einführung in die Kernphysik und Größenordnungen

Einführung in die Kernphysik und Größenordnungen
Experiment
Ein Stück Papier wird mit den Händen immer weiter zerkleinert. Bestimme die kleinste mögliche Länge des
verbleibenden Stückes und stelle eine Vermutung darüber auf, welche Objekte in der Natur noch kleiner als
die von dir bestimmte Länge sind.
Die Größe des Stückes beträgt etwa 0,5 mm. Noch kleiner als diese Größe könnte eine Zelle, ein Bakterium,
ein Atom sein.
Überblick über die kleinsten Skalen des Universums
Ergänze die Tabelle, indem du eines der im Applet auf http://htwins.net/scale2/ gezeigten Objekte pro Größenordnung einträgst. Notiere die kleinsten experimentell nachgewiesen Objekte.
Größenordnung
Durch Experimente beobachtbar.
Millimeter
Mikrometer
Nanometer
Femtometer
Objekte
Sandkorn, Salzkorn, LCD-Pixel
Bakteriophage, größtes Virus
Cäsiumatom, Glukosemolekül
Atomkernbausteine: Proton, Neutron
Objekte in Größenordnungen kleiner als die Länge von Objekten in Femtometer (z.B. Quarks oder Strings)
konnten bisher nicht beobachtet werden. Zur Erklärung moderner Phänomene der Physik werden in Theorien
weitere Objekte gefordert. Auf kleinen Skalen scheinen die uns bekannten Gesetze der Physik ihre Gültigkeit
zu verlieren. Modelle von Atomen zeigen diese aus Kugeln aufgebaut. In der Wirklichkeit sind Atome alles andere als Kugeln. Sie sind Quantenobjekte, die sich je nach Experiment als Teilchen oder als Welle verhalten.
4. Einführung in die Kernphysik
Aufbau der Atome im Atommodell von Bohr
Im Atommodell von Niels Bohr werden die Bausteine von Atomen als Kugeln dargestellt. Die Elektronen bewegen sich auf festen Bahnen (sogenannte Schalen: Schalenbezeichnung K, L, M, N, … von innen nach außen) um
den Atomkern, der je nach Atom aus einer unterschiedlichen Anzahl an Neutronen und Protonen besteht.
Nachfolgend sind die Modellbilder eines Wasserstoffatoms (mit einem Proton) und eines Heliumatoms dargestellt.
Protonen
Proton
Elektron
Atomkern
K
Neutronen
Elektron
Elektron
Atomkern
K
a) Ordne den Abbildungen die Begriffe Proton, Elektron, Neutron sowie die richtige Schalenbezeichnung zu
und markiere den Atomkern, indem du diesen einkreist und beschriftest.
b) Ein Proton ist positiv, ein Neutron neutral und ein Elektron negativ geladen. Erkläre damit, welche Gesamtladung die oben abgebildeten Atome haben.
 Das Wasserstoffatom hat ein positiv geladenes Proton und ein negativ geladenes Elektron. Das Atom
ist als insgesamt neutral geladen, da sich die positive und negative Ladung gegenseitig aufheben.
 Das Heliumatom hat zwei positiv geladene Protonen und zwei neutral geladene Neutronen sowie
zwei negativ geladene Elektronen. Das Atom ist als auch insgesamt neutral geladen, da sich alle Ladungen ausgleichen.
c) Zur eindeutigen Beschreibung der Kernes eines Atomes gelten folgende Regeln:
(I) Die Kernladungszahl (= Ordnungszahl) Z gibt die Anzahl der Protonen an.
(II) Die Massenzahl A gibt die Anzahl der Protonen und der Neutronen N an. Es gilt A = Z + N.
(III) Elemente werden mit den Symbolen aus dem Periodensystem der Elemente abgekürzt. Die Schreibweise eines Atomkernes (= Nuklid) wird wie folgt festgelegt
Beschreibe in dieser Schreibweise die oben dargestellten Atomkerne (= Nuklide).
kennzeichnet die Zusammensetzung des Atomkernes eines Wasserstoffatoms
kennzeichnet die Zusammensetzung des Atomkernes eines Heliumatoms
4. Einführung in die Kernphysik