Protokoll vom 21.11.2016

Stundenprotokoll–Physik
Datum:21.11.2016
Dozent:ThorstenNagel
Ort:LeibnizKolleg
WiederholungderletztenStunde
-BisBleisinddieElementestabil,danachgibtesinstabileElemente,aufGrundderhohen
NeutronenanzahlinihremKern.HöhereElementehabenalsomehrradioaktiveIsotope.Sehr
schwereIsotopespaltensichaufGrundihrerGröße,sodassmansiefüreineKernspaltung
nichtmehrbeschießenmuss.
-Kernspaltung:einlangsambewegendesNeutronwirdaufeinenAtomkerngeschossen,dies
bringtihnzurTeilung(durchdieCoulombAbstoßung)undeswerdenwiederum2odermehr
Neutronenfreigesetzt=>Kettenreaktion
-Fusion:2leichteKerneverschmelzenzueinemKernbeisehrhoherTemperatur.
-Frage:WaswärederNutzeneinesschwerenStoffes,derstabilist?
DaderStoffeinehoheDichtehätte,könntemanmitihmvieleExperimentemachenund
manbräuchteauchnichtvielMaterial.Generellistzubemerken,dassStabilitätundDichte
einesStoffessichnichtbedingen.
1.7β-zerfall
BeidemBetazerfallwirdentwedereinProtonineinNeutronumgewandelt(Beta-plusZerfall)oderandersrum(Beta-minus-Zerfall).DieAnzahlderNukleonen(Massenzahl)bleibt
aberimmergleich.
Betaplus:einProtonwirdineinNeutron,einPositronundeinNeutrinoumgewandelt.
(WolfgangPaulihatdasNeutrinoschonfrühinden1930ernvorhergesagt,obwohleserst
seiteinigenJahrzehntendurchMessungennachweisbarist.
-DasPositronunddasElektronsindAntiteilchenzueinander
Beta-minus:EinNeutronwirdumgewandeltineinProton,einElektronundeinNeutrino
-EinfreiesProtonzerfälltnormalerweisenichtwährendeinNeutronimSchnittnach12Min
zerfiele,wennesfreiwäre
1.8γ-zerfall
Gammastrahlungistvielschwierigerabzuschirmen,alsAlpha-undBetastrahlung
AlphaundBetazerfällebringendenKernzurenergetischenAnregung,umseinennormalen
ZustandwiederzurückzugewinnensendetderKernGammastrahlung(Licht)aus.
-AlphaundBetazerfällesindzueinerbestimmtenWahrscheinlichkeitvorhersagbar(nichtfür
daseinzelneTeilchen,aberfürgroßeGruppen.)->VorhersagbarkeitderHalbwertszeit
Kapitel2LichtundseinSpektrum
WennmananeinemOrtübereinenbestimmtenZeitraumelektrischeundmagnetische
Feldermisst,misstmanLicht.DieFeldstärkevariiertperiodisch(alsoinFormeinerWelle).
DasLichtkannmaninverschiedenBegriffendefinieren,Lichtist(auch)einelektrischesund
magnetisches(wassichandauerndverändert)Feld.
-DasmenschlicheAugesiehtnurvon400-700nmWellenlängeundistamempfindlichsten
beigrünemLicht,vermutlichdadieSonneeinenhöherenAnteilanLichtgrüner
Wellenlängenausstrahlt.UmLichtandererWellenlängen,z.B.Radiowellen,einzufangen,
brauchtmantechnischeApparate.
2.4WoherstammtdasLichtinunsermAlltag
-DieSonneistunsereHauptquelle.DerKernderSonneistsehrdicht,dasLichtbraucht
ungefähreineZeitvoneinerMillionJahrenumzuräußerenSchichtdurchzudringen.Vonder
SonnenoberflächezurErdebrauchdasLichtnurnoch8Minuten.
-ImVakuumistdasLichtimmergleichschnell(etwa300000km/s).IneinemMediumhat
LichteineniedrigereGeschwindigkeit,abhängigvondemMaterial.BeiWasserzumBeispiel
verliertdasLicht1/4seinerGeschwindigkeit.DarumkommtLichtbrechungzustande.
-BeiderGlühbirneistdasLichteigentlichnurder„Abfall“derReaktion,denn90%der
ReaktionwirdalsWärmeabgestrahlt.
2.4.1DasSchalenmodelldesAtoms
1.IonisationundAnregung
EinIonisiertesAtomisteines,welcheseinElektronabgegebenhat.Dadurchhateseine
positiveLadung,einangeregtesAtomisteines,dessenElektronenaufeineandere,höhere
Hüllegesprungensind.
>nächsteWochewirdunseinExperimentdarübervorgeführt/gezeigt
2.RekombinationundAbregung
EsgibtvielefreieElektroneninderLuftundsiekönnenwiederindieSchalevomAtom
verankertwerden,diesistderProzessderRekombination.BeidiesemProzesswirddie
EnergiedurchLichtwiederabgegeben.BeiderAbregungverliertdasElektronseine
Energie(Licht)umeineodermehrereSchalenherunterzukommen.
DieLeuchtstoffröhre(Abbildung2.6imSkript)
-SieistgefülltmitGas(meistensmitArgon)
-AtomewerdenangeregtundElektronenspringenineinehöhereSchale.DasLichtwird
ausgesendetwenndasElektronzurückinseineursprünglicheSchalehüpft.
-DiesesLichthatfürjedesAtomeineeindeutigzuordnungsbareWellenlänge
-InderLeuchtstoffröhrewerdenverschiedenfarbigeLichterproduziert(rot,grün,gelb,
blau),dieSummeaberergibtweißesLicht.
>AuswelchemMaterialistderLeuchtstoffgemacht?
Wikipediasagthierzu:
Die Leuchtstoffbeschichtung besteht aus kristallinen Pulvern (vorwiegend anorganische
Oxide), die im Falle von Dreibanden-Leuchtstoffen Spuren von zwei- oder dreiwertigen
Lanthanoidkationen enthalten, welche je nach eingesetztem Lanthanoid und des
zugrundeliegenden Wirtsgittersystems unterschiedliche Farben erzeugen. Diese Farben
ergeben additiv die Leuchtfarbe der Lampe. Die Standardleuchtstoffe basieren auf
Calciumhalophosphat der allgemeinen Formel Ca10(PO4)6(F,Cl):Sb,Mn, wobei die
unterschiedliche Farbtemperatur durch Variation der Konzentration beider Dotierelemente
Mangan(Mn)undAntimon(Sb)erzieltwird.
2.5.1DasSpektrum
ZurAbbildung2.8:jeheißereinKörperdestokurzwelligerundintensiveristdasLicht.
-DiePlanckkurvenkönnensichnieschneiden
-EinLinienspektrumentstehtdurchdasWechselnvonEnergieniveausvonAtomen,ein
KontinuumsspektrumhingegendurchTemperaturstrahlung,diedurchdasPlanck’sche
Strahlungsgesetzbeschriebenwerdenkann