Materie-Praesentation
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Slide 1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
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Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
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Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
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16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
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http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
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Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
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Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
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Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
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Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
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16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
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19
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Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
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http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
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Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
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Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 19
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
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Slide 7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
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Slide 8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
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Slide 10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
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Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 15
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
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Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
Slide 19
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufbau der Materie
- ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
1
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aufgabenstellung:
Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau
der Materie“
Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf
alle Fälle durcharbeiten)
Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche
(etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
2
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wie alles begann???
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
3
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Dem Urknall auf der Spur
Der Urknall - die Entstehung von Materie,
Raum und Zeit.
Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich
immer noch eines ihrer größten Rätsel.
Wann fand er statt und wie konnte aus ihm
das ganze bekannte Universum
entstehen?
Die Astrophysik ist noch längst nicht
soweit, den Ursprung der Welt erklären zu
können.
Wir gehen aber heute davon aus, dass es
den Urknall gegeben hat.
Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht
widerlegt worden.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
4
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Theorie: Entstehung des Universums
aus dem Urknall heraus
Seit dem Urknall
dehnt sich das
Universum aus.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
5
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Unmittelbar nach dem Urknall…..
Am Anfang war es unvorstellbar heiß
und dicht - es gab noch keine Materie
wie wir sie heute kennen - die Physiker
können die Vorgängen am Anfang noch
nicht beschreiben/erklären…..
10-35 Sekunden nach dem Urknall
(= 0,00000000000000000000000000000000001 s):
Das Gebiet des heute sichtbaren
Universums dehnt sich bis auf die
Größe einer Orange aus.
Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein
Übergewicht von Materie zur
Antimaterie.
Nach 1 s: Das Universum besteht aus
einer “Suppe” heißer Elektronen und
Quarks
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Materie und
Antimaterie
bildet sich und
zerstrahlt sich
wieder zu
Energie
6
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Nach 500 000 Jahren
Quarks bilden Protonen,
Neutronen, etc.
Nach 1 Million Jahre
Materie und Strahlung trennen
sich. Bildung der Atome.
Das Universum wird
durchsichtig.
Nach 1 Milliarde Jahre:
Sterne und Galaxien bilden
sich.
Nach ca. 8 Milliarden Jahren:
Unsere Milchstraße bildet sich.
Vor ca. 5 Milliarden Jahren:
Unser Sonnensystem bildet
sich.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
7
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop.
Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden
Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
8
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Aus (interstellarem) Staub
bilden sich Sonnen und
Sonnensysteme
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
9
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„EXPANSION“
Seither dehnt sich das
Universum immer weiter
aus …….
……… und seit ca. 7
Milliarden Jahren sogar
beschleunigt!
Das bedeutet, die Geschwindigkeit
mit der sich (irgend-)eine Galaxie
von uns weg bewegt, wird immer
größer!
Die Physiker forschen, um
Antworten zu finden, wie z.B.:
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
10
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Stephen Hawking
"Wir müssen uns
bemühen, den Anfang
des Universums mit den
Mitteln der
Naturwissenschaft zu
begreifen.
Das mag eine Aufgabe
sein, die über unsere
Kräfte geht, aber
versuchen sollten wir es
zumindest.“
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
11
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Teilchen, die aus Quarks bestehen
Protonen (und Neutronen) sind wie
„harte Nüsse“: Schießt man sie ganz
fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre
„Schale“ und man sieht, dass sie aus
noch kleineren Teilchen bestehen, den
Quarks.
Modell
eines
Protons
Protonen (p) tragen die kleinste positive
elektrische Ladung.
Neutronen (n) sind elektrisch neutral
(d.h. nicht geladen).
Modell
eines
Neutrons
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
12
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Elektronen
Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie
Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar
nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man
sie aneinander schießt.
Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks.
Elektronen kommen in der Natur auch frei vor!
Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle
(Elektronenhülle)!
Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische
Ladung (ELEMENTARLADUNG).
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
13
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
„Zerbröseln“ kann man Teilchen in
Teilchenbeschleunigern.
Schießt man Teilchen (z.B.
Protonen) mit sehr sehr
hoher Geschwindigkeit
aufeinander, dann
zerbrechen sie in ihre noch
kleineren Bestandteile.
Die Spuren (Teilchenspuren),
die dabei entstehen, geben
den Wissenschaftlern
Aufschluss über die Art der
Teilchen und der
„Teilchenstücke“ (z.B.
Quarks)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
14
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Was ist ein Quark?
Ein Quark tritt in der Natur nie
alleine auf (zumindest hat man
noch kein einzelnes Quark
gefunden).
Quarks gelten heute als
elementare Bestandteile, aus
denen Teilchen wie Protonen
oder Neutronen aufgebaut sind.
Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen
elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei
Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt
darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie
sind treten immer in Form zusammengesetzter
Teilchen auf!.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
Modell eines Teilchen, welches aus
Quarks aufgebaut ist.
15
Erweiterung / Vertiefung
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir
das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“
ansehen.
Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer!
Das Video dauert 5 Minuten:
http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&featur
e=player_embedded
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
16
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle.
Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des
Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der
Atommasse enthalten.
Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in
etwa 1,6 km groß.
Atome sind etwa 0,0000000001 m groß.
Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen:
In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus
einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen
Mikroskop bewegten.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
17
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Atome
Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem
einzigen Proton.
Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive
Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei
Neutronen.
Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen
und Neutronen.
Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die
Anzahl der Protonen im Atomkern.
Die Atomhülle besteht aus Elektronen.
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
18
Aufbau der Materie - Infoteil - 7. Schulstufe
Webquellen und Bildquellen
•
•
•
•
•
•
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014)
http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014)
http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014)
http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014)
http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013)
http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)
Zusammengestellt von Mag. Andrea Mayer, GRG 12 Rosasgasse, Wien
19
