Atomhülle und Elektronen
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NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Atomphysik für Studierende des Lehramtes Teil 4 NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Diskrete Energieniveaus der Elektronen im Atom drei der fünf bekannten Spektrallinien im Bohr‘schen Modell des Wasserstoffatoms drei der fünf bekannten Spektrallinien im Energieniveauschema NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Schalenaufbau der Atomhülle Energieabgabe Emission von elektromagnetischer Strahlung Energieaufnahme Absorption von elektromagnetischer Strahlung und Stoßanregung Besetzungszahlen der Schalen im Bohr‘schen Atommodell Aufteilung der Elektronen auf die Schalen der Atomhülle NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Valenztheorie NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Quantelung der Energie Planck übertrug die atomistische Auffassung auch auf die Energie. E = h·n Die Energie der Quanten ist ihrer Frequenz proportional. h= 6,6256·10-34 J·s Max Planck (1858 - 1947) NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Foto-Effekt und Lichtquanten Wilhelm Hallwachs (1859 - 1922) NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Photoelektrischer Effekt Albert Einstein (1879 - 1955) 1 h n WA me v 2 2 Nobelpreis für Physik 1922 NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Das Elektron Wie groß ist die Elementarladung? Mit der Feldenergie einer homogen geladenen Kugel E e2 4 0 re und aus der Ruheenergie der Elektronen E me c 2 folgt: re Robert A. Millikan 2 e 15 2 , 817 10 m 2 4 0 me c (1868 - 1953) NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Der Millikan-Versuch e = 1,602176462·10-19 C NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ … und die Elektronenmasse elektrische Ladungen in magnetischen Feldern aus v x B folgt eine Kreisbewegung der elektrischen Ladungen im magnetischen Feld Fmag = Fz v2 e v B me r e v me ( B r ) e 2U 2 2 me r B NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Fadenstrahlrohr r = 4cm ISpule = 2A B = 1,44mT U = 295V e C 1,778 1011 me kg Literaturwert: 1,7588202·1011 C/kg und mit e ergibt sich die Masse me = 9,1094·10-31 kg NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Ionisation von Atomen Erzeugung ionisierter Gase (Plasma) durch Stoßionisation q n i i Bereitstellung freier Atome im Plasmagenerator durch: Bereitstellung freier Elektronen durch: ne Bereitstellung der Ionisationsenergie durch: • Einlassen eines Arbeitsgases • Glühemission • Beschleunigung der Elektronen • Schmelzen und Verdampfen • Photoionisation • HF-Heizung • Sputtern von Feststoffen • Funkenentladung • E x B-Drift NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Plasmaparameter Debye - Länge 0 kTe D e 2 ne (1 qkTe / kTi Plasmafrequenz e 2 ne 0 me 2 pe Wann ist ein Plasma ein Plasma? • Anzahl der Partikel in der Debye-Kugel nD >> 1 • Debye-Länge ist kleiner als die Ausdehnung des Plasmas D < L Peter Debye • Zeitlängen sind größer als T > 2/pe (1884 - 1966) • Quasineutralität NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Erzeugung von freien Ladungsträgern Fremdionisation 1. Generation 2. Generation hn Kathode Anode Beobachtung: Die Erzeugung von freien Ladungsträgern ist proportional zum Gasdruck und dem elektrischen Feld. e RGA 2e RGI RGI RGA e 2 RGI NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Oberhalb der Paschen - Kurven zündet eine Gasentladung U/V Helium Argon Wasserstoff Friedrich Paschen (1865 - 1947) p d / Pa mm NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Experimente mit der Geißler – Röhre a) Astonscher Dunkelraum d) Glimmsaum b) Kathodenschicht Ionen (Kathodenaufprall) e) negatives Glimmlicht f) Farradayscher Dunkelraum c) Hittorfscher Dunkelraum g) Scheitel der positiven Säule h) positive Säule i) anodisches Glimmlicht Anodendunkelraum Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus mit gezündeter Gasentladung NNP Non Neutral Plasma Physics Group http://nnp.physik.uni-frankfurt.de/activities/AP/ Welle-Teilchen-Dualismus 1 2 h n mv 2 h p mit p 2mEkin h 2mEkin (nicht relativistisch) Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie (1892 - 1987)
