GW9Ph, Kärtchen

Grundwissenskärtchen für das Grundwissen aus der 9. Jahrgangsstufe
Feldbegriff und Feldlinienbilder
Elektrisches Feld
Magnetisches Feld
Als Feld bezeichnet man den Bereich um einen
Körper, in dem ohne Berührung eine Kraft wirkt →
beim elektrischen Feld wirkt die elektrische Kraft.
Ein Feld wird durch Feldlinien dargestellt:
- Feldlinien verzweigen sich nicht
- hohe Feldliniendichte: starkes Feld!
Wenige Feldlinien: schwaches Feld!
Ein elektrisch geladener Körper bildet ein
elektrisches Feld aus, welches durch seine Ladung
erzeugt wird.
Die elektrische Feldlinie gibt die Richtung der Kraft
auf eine positive Probeladung an.
Beispiele: Elektron
positive und negative Ladung
Ein Magnet bildet ein magnetisches Feld in seiner
Umgebung aus.
Die magnetische Feldlinie gibt die Richtung der
Kraft auf den Nordpol einer Magnetnadel an.
Beispiele: Stabmagnet, stromdurchflossener Leiter
- Elektrisch geladenen Körper im elektrischen Feld:
Es wirkt eine elektrische Kraft
Kraft auf Ladungsträger im
elektrischen Feld
- Ein Längsfeld wirkt beschleunigend, ein Querfeld ablenkend
auf sich darin bewegende Ladungsträger
- Ein Elektron, das durch die Spannung 1 Volt beschleunigt
wurde, hat die kinetische Energie 1 Elektronenvolt (kurz
1eV) aufgenommen.
Das ist die gängige Einheit kleine Energiemengen.
-19
Umrechnung: 1 eV = 1,6  10 J
- Magnet im Magnetfeld eines anderen Magneten:
Es wirkt eine magnetische Kraft.
Kraft auf Ladungsträger im
magnetischen Feld
- Elektrisch geladener
Körper in einem
magnetischen Feld:
Es wirkt die
Lorentzkraft
(3-Finger-Regel der
rechten Hand für ihre
Richtung)
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Elektronenbeugungsröhre
In einem Leiter wird eine Spannung induziert,
wenn sich das ihn umfassende Magnetfeld ändert.
Gesetz der elektromagnetischen
Induktion und die Regel von Lenz
Die induzierte Spannung Ui hängt von der
Schnelligkeit und der Stärke der Änderung sowie
bei einer Spule von deren Bau (Windungszahl,
Querschnittsfläche) ab.
Regel von Lenz:
Der Induktionsstrom ist immer so gerichtet, dass
er der Ursache seiner Entstehung entgegen wirkt.
Im Elektromotor wird
elektrische Energie in
mechanische Energie
umgewandelt.
Elektromotor
Der Kommutator sorgt
dafür, dass sich nach
einer halben Umdrehung die Stromflussrichtung ändert.
Ein Generator wandelt mechanische Energie in
elektrische um. Oft wird er nach einem ähnlichen
Prinzip gebaut wie der Elektromotor.
Generator
Unterscheide:
Elektromotor: Emech → Eel
(„Bewegung + Magnetfeld → elektrischer Spannung“)
Generator:
Eel → Emech
(„elektrischer Spannung + Magnetfeld → Bewegung“)
Transformator
Im Primärstromkreis wird eine Spule mit Wechselspannung betrieben. Diese Spule ist durch einen geschlossenen Weicheisenkern mit einer weiteren Spule
im Sekundärstromkreis magnetisch gekoppelt. Die
beiden über den Weicheisenkern gekoppelten Spulen
nennt man Transformator
Es gilt:
UP IS

US IP
UP NP

bzw.
US NS
(idealer belasteter Trafo)
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Aufbau von Atom und Atomkern
inklusive Quarks mit Größenverhältnis
In der Atomhülle befinden sich die Elektronen auf
Energieniveaus.
Photonen und ihre Entstehung
Das kontinuierliche Spektrum
- Eine Lichtquelle sendet kleine „Portionen“ von Energie aus.
Diese heißen „Photonen“.
- Photonen einer einzigen Spektralfarbe haben alle dieselbe
Energiemenge.
- Die gängige Einheit für so kleine Energiemengen ist 1eV
(Elektronenvolt).
- Springt ein Elektron auf ein niedrigeres Energieniveau im
Atom, wird die Energiedifferenz als Photon abgestrahlt.
Man nennt dies Emission.
- Wird ein Elektron durch Aufnahme der Energie eines
Photons auf ein höheres Energieniveau gehoben, heißt
dieser Vorgang Absorption.
Sichtbares Licht besteht aus unterschiedlichen
Farben. Zerlegt man weißes Licht mit einem
Prisma, so erhält man kontinuierliches mit allen
Spektralfarben:
Sichtbares Licht hat Energien von 1,6eV bis 3,2eV.
Glühende Körper erzeugen dieses Spektrum.
Das Linienspeketrum
Ein heißes Gas strahlt nur Photonen ganz
bestimmter Energien ab, da es in den Gasatomen
dieselben Energieniveaus gibt, die zu denselben
Energiedifferenzen, also zu denselben Farben
führt. Diese sehen wir im Linienspektrum (auch
diskretes Spektrum genannt). Beispiel:
- Photonen mit Energien im keV-Bereich gehören zur
Röntgenstrahlung, die in einer Röntgenröhre erzeugt wird.
Röntgenstrahlung
- Ihr Spektrum besteht aus einem Bremsspektrum (entsteht
beim Abbremsen der schnellen (energiereichen) Elektronen) und einen
charakteristischen
Spektrum (Absorption und
Emission von Photonen im
Anodenmaterial)
- Typisches Diagramm →
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Radioaktive Strahlung:
Ihre Arten und Eigenschaften
Die Aktivität einer
radioaktiven Substanz
- Strahlung, die aus dem Atomkern kommt, heißt
radioaktive Strahlung.
- Ihre Energie liegt im MeV-Bereich
- Wir unterscheiden drei Strahlungsarten:
→ Alpha-Strahlung: Heliumkern
(Papier schirmt ab, reicht nur wenige cm weit)
→ Beta-Strahlung: energiereiche Elektronen
(Alu-Blech schirmt ab, reicht wenige m weit)
→ Gamma-Strahlung: energiereiche Photonen
(Bleiplatte schirmt ab, reicht viele m weit)
- Die Aktivität eines radioaktiven Präparats gibt an,
wie viele Kernzerfälle
in einer bestimmten
Zeit stattfinden.
- Ihre Einheit ist
(Becquerel)
- Man berechnet sie so:
- Die Zeit, in der die Aktivität eines radioaktiven
Präparats auf die Hälfte abgesunken ist, heißt
Halbwertszeit T1/2.
- Sie ist für ein Präparat gleich.
Halbwertszeit
- Durch sie kann das Alter von
Proben bestimmt werden (z.
B. mit der C14-Methode).
- Typische Diagramme haben
dies Form:
Kernumwandlungen
- Spontaner Kernzerfall: Ohne Einfluss von außen
verlässt ein Teilchen (Proton, Neutron, Elektron
oder Alphateilchen) den Kern.
- Künstliche Kernspaltung: Ein Kern wird mit
Teilchen beschossen (meist Neutronen), nimmt
eines davon kurzzeitig auf (angeregter Zustand)
und zerfällt dann in mehrere Bruchstücke.
- Kernfusion: Mehrere Atomkerne verschmelzen
zu einem einzelnen Atomkern.
Massendefekt und
Bindungsenergie
- Die Masse eines Atomkerns ist kleiner als die Masse
seiner Bestandteile.
Diese Differenz heißt Massendefekt Δm.
- Dem Massendefekt Δm entspricht ein bestimmte
Energie (ΔE). Es gilt die Formel von
Albert Einstein:
c ist dabei die Lichtgeschwindigkeit: 3,00  108
- Die dem Massendefekt entsprechende Energie
Atomkerns verbleibt im Atomkern und sorgt für den
Zusammenhalt des Kerns. Man nennt sie deshalb
auch Bindungsenergie.
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Schutzmaßnahmen:
- Abstand halten
Strahlenschutz
- Abschirmung
- Aufnahme in den Körper vermeiden
- Aufenthaltsdauer verkürzen
- Aktivität gering halten (falls möglich)
Berechnung von konstanter
Geschwindigkeit und konstanter
Beschleunigung
Gleichförmige Bewegung mit
Bewegungsfunktionen
Gleichmäßig beschleunigte Bewegung
mit Bewegungsfunktionen
- Berechnung einer konstanten Geschwindigkeit:
in der Einheit
, wobei die
Strecke
in der Zeit zurückgelegt wird.
- Berechnung einer konstanten Beschleunigung:
in der Einheit
,
wobei die Geschwindigkeit um
in der Zeit
geändert wurde.
- kann oft auch mit
berechnet werden
- Eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit
(und damit Beschleunigung 0) heißt gleichförmige
Bewegung.
- Sie hat die Bewegungsfunktionen:
- Eine Bewegung mit konstanter Beschleunigung
heißt gleichmäßig beschleunigte Bewegung.
- Bewegungsfunktionen aus der Ruhelage:
,
Fällt ein Körper (ohne Reibung) ohne
Anfangsgeschwindigkeit, so beschreiben seinen
Fall die Bewegungsgleichungen:
Der freie Fall
Dabei ist
Erde:
die Fallbeschleunigung der auf der