Lösungen zur Quantenphysik

Lösungen zur Quantenphysik
1) Was verändert sich bei einer elektromagnetischen Welle, wenn man die
Frequenz erhöht?
X die Wellenlänge
O die Ausbreitungsgeschwindigkeit
X die Photonenenergie
X die Farbe
2) Was ist ein „Quantensprung“ a) in der Alltagssprache; b) in der Physik?
Alltagssprache: Ein „grosser Sprung“; Physik: der kleinstmögliche Sprung (zB eines Elektrons im Atom)
3) Nenne eine Alltagsgrösse, die nur in Quanten abgegeben wird.
Kaufpreise von Gegenständen im Laden, Anzahl Menschen in einer Gruppe, usw.
4) Beschreibe in je einem Satz die wichtigsten Erkenntnisse von Planck, Einstein,
de Broglie, Schrödinger und Heisenberg.
(siehe PPT Einführung in die Quantenphysik)
5) Wenn man eine Zinkplatte mit hochfrequenter UV-Strahlung bestrahlt, so
ändert sich ihre elektrische Ladung.
a) Warum? Weil die UV-Strahlung negative Teilchen (Elektronen) aus der Platte herausschlägt.
b) Was ändert sich, wenn man die Intensität (entspricht etwa der Helligkeit
bei sichtbarem Licht) der UV-Strahlung bei gleichbleibender Frequenz
erhöht? Die negative Ladung nimmt rascher ab, weil mehr Photonen auftreffen.
c) Wie heisst dieses Experiment? Photoeffekt
d) Warum ist dieses Experiment weltberühmt? Beweis der Lichtquantenhypothese durch
Einstein (dh Beweis, dass Licht als Energiepäckchen, sogenannte Photonen, auf Materie trifft.)
6) Was können wir aus der Wellengleichung Ψ berechnen? Die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des betreffenden Teilchens, also die Wahrscheinlichkeit, dass man im Falle einer
Messung das Teilchen findet. Dazu muss die Lösung Ψ der Wellengleichung zunächst quadriert
werden.
7) Wie gross ist die Austrittsarbeit der Elektronen aus der Zinkplatte, wenn beim
Photoeffekt erst UV-Licht unterhalb von 300nm Elektronen zu lösen vermag?
300nm à E = hc/λ = 4.125eV (Die 300eV sind jedoch gerundet, der genaue Wert beträgt 4.34eV)
8) Besteht Mikrowellenstrahlung auch aus Photonen? Jawohl.
Falls ja: wann zeigen sich die Photonen? Immer dann, wenn Mikrowellen auf Materie
treffen, auch zB auf ein Messinstrument.
9) Zeichne die Bewegung eines Photons in einer Lichtwelle. In der Quantenphysik gibt
es keine Teilchenbahnen mehr, nur einzelne Messungen.
10) Wie lange kann ein virtuelles Elektron-Positron-Paar existieren? Mit E=mc2 und
zwei Teilchen e- und e+ mit gleicher Masse von je 9.11 ⋅ 10-31kg kommt man insgesamt auf die Energie
1MeV bzw. 1.6 ⋅ 10-13J. Mit ΔE ⋅ Δt = h ergibt sich daraus als Lebensdauer Δt = h / ΔE = 4 ⋅ 10-21s.