1. ¨Ubung zur Vorlesung Atom- und Molekülphysik (E4) SS2017
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1. Übung zur Vorlesung Atom- und Molekülphysik (E4) SS2017 Aufgabe 1 Atomare Dimensionen und Größen I Atomare Größen können mit ausreichender Genauigkeit aus makroskopischen Größen abgeschätzt werden. Verwenden Sie für die nachfolgenden Beispiele die einfachsten möglichen Modelle! a) Bestimmen Sie die Anzahl der ”Luftmoleküle” im Seminarraum (8 × 5 × 3 m3 ). b) Bestimmen Sie den mittleren Abstand zwischen den Restgas-Molekülen in einem UltrahochVakuum mit 10−10 mbar Restdruck bei 0◦ C. c) Bestimmen Sie den Radius r von Stickstoffmolekülen aus der Tatsache, dass die mittlere freie Weglänge im Gas unter Normalbedingungen l = 58 nm beträgt. Nehmen Sie harte Kugeln als Modell an. d) Bestimmen Sie unter der gleichen Annahme den Radius r von Stickstoffmolekülen aus der Dichte ρ = 808.5 kg/m3 in flüssiger Phase. Aufgabe 2 Atomare Dimensionen und Größen II a) Durch einen Kupferdraht mit Querschnitt 1 mm2 fließe ein Strom von 1 A. Bestimmen Sie die Driftgeschwindigkeit der Elektronen. Nehmen Sie dazu an, dass jeweils ein Elektron pro Kupferatom zur elektrischen Leitung beiträgt. b) Wie viele A · h Kapazität kann ein Bleiakkumulator mit 10 kg Masse maximal besitzen? Nehmen Sie an, dass der Akkumulator aus 6 in Reihe geschalteten Zellen besteht und der Anteil vom umsetzbaren P b an seiner Masse 50% beträgt. Warum kann ein gleich schwerer Li-IonenAkkumulator deutlich mehr Energie speichern? Aufgabe 3 Massenspektroskop Bei einem Geschwindigkeitsfilter nach Wien durchfliegen geladene Ionen einen Bereich wo gleichzeitig elektrisches Feld E und ein magnetisches Feld B herrschen. Zur Massenbestimmung fliegen sie weiter im B-Feld auf einer Kreisbahn und treffen mit Abstand ∆z auf einen Schirm. a) Welche Geschwindigkeit haben einfach geladene Ionen, wenn sie den Bereich mit E = 46.6 kV/m und B = 0.311 T ohne Ablenkung passieren? b) Für zwei (einfach geladene) Ionensorten ergeben sich Abstände von jeweils ∆z = 14 cm und ∆z = 20 cm. Welche Massen haben diese Ionen? c) Welche Abstände ∆z erhält man unter gleichen Bedingungen für die Sauerstoffisotope 17 O, 18 O? B E Ionenstrahl Δz 16 O,
