Experimente(2)

Erste Experimente zur Untersuchung
der inneren Struktur der Materie
 Millikan-Versuch, Elementarladung
 Kathodenstrahlen, Emission der Elektronen
 Thomson-Versuch, Eigenschaften des Elektrons
 Radioaktivität, interne Struktur des Atoms
 Thomson-Atommodell
 Rutherford-Experiment
 Rutherford-Atommodell
 Misslingen der klassischen Physik
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Millikan-Versuch
Atomistische Struktur der Materie
Stokes
Pumpe


mg  43 r 3 Öl   Luft g
mg  6rv0
 … Viskosität
v … Geschwindigkeit
 … Dichte
Temperaturstabilisierung
Ohne E-Feld
4 r 3
3
Öl  Luft g  6rv0
Im E-Feld
4 r 3
3
Röntgenstrahlung
Öl  Luft g  qE  6rv1
q  ne
e  1,6021892(46) 10 19 C 2
Kathodenstrahlen
3
Thomson-Versuch


  

F  mv  e E  v  B

2
1 eE   
eE 2
2
1
y  2 at      
2 m v
4U kin
mv2

 evB
p  mv  eB
p2
e2 B 2  2 4 y
m

2U kin
2eE 2
e
E 2

m 2B 2  2 y
m0  9,111031 kg  5,48 104 u
1 u  1822,89 m0
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Radioaktivität
Interne Struktur der Atome
Experimente im elektrischen und
magnetischem Feld
Drei Arten der Radioaktivität:
 -Strahlen: q = +2e, (e/m) = ½ (e/m)H+
 -Strahlen: Elektronen
 -Strahlen: Elektromagnetische Welle
mit kurzer Wellenlänge (kürzer als bei
der Röntgenstrahlung)
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Thomson-Atommodell
 Ganze Atome sind
elektrisch neutral
-
-
-
-
-
 Elektronen wurden
nachgewiesen und
identifiziert (m, e)
 Elektronen schwimmen in
positiv geladener Masse
 „Plum-Pudding“ Modell
-
-
6
Rutherford-Experiment
7
Rutherford-Streuung
 -Teilchen und Kern sind „unendlich“
klein – Punktladungen
 Zwischen -Teilchen und Kern wirkt nur
die Coulombsche Kraft
 Kern ist schwerer als -Teilchen, daher
bewegt sich nicht
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 Ze 2 

I   180  
 2U 
 kin 
9
3500
Intensität (relativ)
8
 
cot 12  
2
mv b
2Ze 2
2 2

U kin
Ze 2
b
 ZZ e
  sin 1 
I    
2
 4U 
 kin 
  
4
2
 Ze 2 
  sin 1 

2
 2U 
 kin 
  
4
Intensität (relativ)
3000
2500
2000
7
2
6
5
4
3
2
1500
1
0
1000
20
40
60
80
100
120
140
160
Streuwinkel
500
0
0
50
100
150
200
Streuwinkel
8
180
Ergebnis des Rutherford-Experiments
Rutherford-Atommodell
Atomkern ist deutlich kleiner als das ganze Atom
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Elektronenbahnen
Die Kräfte sind im Gleichgewicht
r
F2
Proton, +e
F1
v
Elektron, -e
F1  F2
mv2
1 e2
e

;
v

r
40 r 2
40 mr
E
1 mv 2
2

e2
40 r

e2
80 r
E H   13.6 eV  r  0.53 10 10 m
1 eV 1.602  10 19 J ; 13.6 eV  1 Ry
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Misslingen der klassischen Physik
Das System strahlt Energie aus
Proton, +e
Elektron, -e
2 e2a 2
P
3 40 c 3
v2
e2
a

r 40 mr 2
2
e6
P
3 40 c 3 m 2 r 4
Kollaps in
10-16
s
P H   2.9  1010 eVs 1
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