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Zur AufgabePositronium-Spektrum
Das Anti-Teilchen \(\rm{e}^+\) zum Elektron heißt Positron. Trifft ein langsames Positron auf ein Elektron eines Festkörpers, so kann es passieren,…
Zur AufgabeDas Anti-Teilchen \(\rm{e}^+\) zum Elektron heißt Positron. Trifft ein langsames Positron auf ein Elektron eines Festkörpers, so kann es passieren,…
Zur AufgabeSpektrallinien von atomarem Wasserstoff
Beim Wasserstoffatom gibt es über dem Niveau \(E_1 = -13{,}6\,\rm{eV}\) des Grundzustands unter anderem die Niveaus \(E_2 = -3{,}4\,\rm{eV}\), \(E_3=…
Zur AufgabeBeim Wasserstoffatom gibt es über dem Niveau \(E_1 = -13{,}6\,\rm{eV}\) des Grundzustands unter anderem die Niveaus \(E_2 = -3{,}4\,\rm{eV}\), \(E_3=…
Zur AufgabeSpektralanalyse (Abitur BY 2004 GK A2-2)
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 VersuchsaufbauMit dem skizzierten Versuchsaufbau soll das Spektrum einer Glühlampe untersucht werden. Der von der…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 VersuchsaufbauMit dem skizzierten Versuchsaufbau soll das Spektrum einer Glühlampe untersucht werden. Der von der…
Zur AufgabeKristallographie (Abitur BY 2009 LK A2-3)
Zur Bestimmung der Netzebenenabstände von Kristallen wird ein Kristallpulver mit monochromatischer Röntgenstrahlung der Wellenlänge \({37{\rm{pm}}}\)…
Zur AufgabeZur Bestimmung der Netzebenenabstände von Kristallen wird ein Kristallpulver mit monochromatischer Röntgenstrahlung der Wellenlänge \({37{\rm{pm}}}\)…
Zur AufgabeSichtbares Spektrum von atomarem Wasserstoff
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Energiestufen im atomaren WasserstoffDie nebenstehende Abbildung zeigt die Energiestufen im atomaren Wasserstoff.…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 Energiestufen im atomaren WasserstoffDie nebenstehende Abbildung zeigt die Energiestufen im atomaren Wasserstoff.…
Zur AufgabeSpektrallinien von einfach ionisiertem Helium
Ein einfach ionisiertes Heliumatom \({\rm{He}}^+\) wird zum Leuchten angeregt. Dabei kann man Photonen mit den Energien \(2{,}6\,\rm{eV}\),…
Zur AufgabeEin einfach ionisiertes Heliumatom \({\rm{He}}^+\) wird zum Leuchten angeregt. Dabei kann man Photonen mit den Energien \(2{,}6\,\rm{eV}\),…
Zur AufgabePlasmakugel (Abitur BY 2010 LK A3-2)
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Plasmakugel Joachim Herz Stiftung Abb.…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 Plasmakugel Joachim Herz Stiftung Abb.…
Zur AufgabeAnregung von Neon-Atomen (Abitur BY 2005 LK A3-2)
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze des ExperimentsZur experimentellen Bestimmung der Energiestufen von Neon wird ein FRANCK-HERTZ-Rohr mit…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze des ExperimentsZur experimentellen Bestimmung der Energiestufen von Neon wird ein FRANCK-HERTZ-Rohr mit…
Zur AufgabeFRANCK-HERTZ-Versuch (Abitur BY 2006 GK A3-1)
Im Jahr 1925 wurden die deutschen Physiker James FRANCK (1882 - 1964) und Gustav HERTZ (1887 - 1975) für ihre experimentellen Forschungen auf dem…
Zur AufgabeIm Jahr 1925 wurden die deutschen Physiker James FRANCK (1882 - 1964) und Gustav HERTZ (1887 - 1975) für ihre experimentellen Forschungen auf dem…
Zur Aufgabeh-Bestimmung mit RÖNTGEN-Strahlung (Abitur BY 2005 GK A3-3)
a) Unknown author, Public domain, via…
Zur Aufgabea) Unknown author, Public domain, via…
Zur AufgabePositronium-Atom (Abitur BY 2014 Ph12-2 A2)
Das Anti-Teilchen \(e^+\) zum Elektron heißt Positron. Als Positronen-Quelle für Experimente wird häufig der β+-Strahler \({}^{22}{\rm{Na}}\)…
Zur AufgabeDas Anti-Teilchen \(e^+\) zum Elektron heißt Positron. Als Positronen-Quelle für Experimente wird häufig der β+-Strahler \({}^{22}{\rm{Na}}\)…
Zur AufgabeRYDBERG-Atome (Abitur BY 2004 GK A3-2)
Atome, die sich in sehr hoch angeregten Zuständen befinden, werden als RYDBERG-Atome bezeichnet. Durch radioastronomische Beobachtungen wurden im…
Zur AufgabeAtome, die sich in sehr hoch angeregten Zuständen befinden, werden als RYDBERG-Atome bezeichnet. Durch radioastronomische Beobachtungen wurden im…
Zur AufgabeEindimensionaler Potentialtopf (Abitur BY 2007 GK A3-2)
Das Zustandekommen von diskreten Energieniveaus (charakterisiert durch die Quantenzahl n) für ein in der Atomhülle gebundenes Elektron kann am Modell…
Zur AufgabeDas Zustandekommen von diskreten Energieniveaus (charakterisiert durch die Quantenzahl n) für ein in der Atomhülle gebundenes Elektron kann am Modell…
Zur AufgabeHochleistungs-Rubinlaser
US gov, Public domain, via Wikimedia Commons, Beschriftungen von LEIFIphysik Abb. 1 RubinlaserWährend die kontinuierlich arbeitenden…
Zur AufgabeUS gov, Public domain, via Wikimedia Commons, Beschriftungen von LEIFIphysik Abb. 1 RubinlaserWährend die kontinuierlich arbeitenden…
Zur AufgabeKohlendioxid-Laser (Abitur BY 2011 LK A3-2)
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 EnergieniveauschemaUm bei einem mit Kohlendioxid (\(\rm{CO}_2\)) betriebenen Laser die \(\rm{CO}_2\)-Moleküle aus…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 EnergieniveauschemaUm bei einem mit Kohlendioxid (\(\rm{CO}_2\)) betriebenen Laser die \(\rm{CO}_2\)-Moleküle aus…
Zur AufgabeSpektren
- Untersucht man Licht mit Hilfe eines Spektralapparats, so erhält man ein sogenanntes Spektrum. Aus diesen Spektren kann man vielfältige Informationen über den Aufbau von Atomen gewinnen.
- Das Spektrum von Licht, das ein heißer Körper aussendet, bezeichnet man als Emissionsspektrum. Beim Spektrum einer Glühlampe gehen die einzelnen Farben fließend ineinander über. Man spricht von einem kontinuierlichen Emissionsspektrum. Das Spektrum eines heißen Gases dagegen besteht aus einzelnen, voneinander getrennten dünnen Linien. Man spricht von einem diskreten Emissionsspektrum (Linienspektrum).
- Das Spektrum von ursprünglich "weißem" Licht, das einen Gegenstand wie z.B. ein heißes Gas durchlaufen hat, bezeichnet man als Absorptionsspektrum. Absorptionsspektren sind durch dunkle Linien im kontinuierlichen Spektrum des "weißen" Lichts gekennzeichnet.
- Die Lage der Spektrallinien in einem Spektrum ist charakteristisch für das Atom bzw. Molekül.
- Untersucht man Licht mit Hilfe eines Spektralapparats, so erhält man ein sogenanntes Spektrum. Aus diesen Spektren kann man vielfältige Informationen über den Aufbau von Atomen gewinnen.
- Das Spektrum von Licht, das ein heißer Körper aussendet, bezeichnet man als Emissionsspektrum. Beim Spektrum einer Glühlampe gehen die einzelnen Farben fließend ineinander über. Man spricht von einem kontinuierlichen Emissionsspektrum. Das Spektrum eines heißen Gases dagegen besteht aus einzelnen, voneinander getrennten dünnen Linien. Man spricht von einem diskreten Emissionsspektrum (Linienspektrum).
- Das Spektrum von ursprünglich "weißem" Licht, das einen Gegenstand wie z.B. ein heißes Gas durchlaufen hat, bezeichnet man als Absorptionsspektrum. Absorptionsspektren sind durch dunkle Linien im kontinuierlichen Spektrum des "weißen" Lichts gekennzeichnet.
- Die Lage der Spektrallinien in einem Spektrum ist charakteristisch für das Atom bzw. Molekül.
Gesetz von MOSELEY
- Das Gesetz von MOSELEY beschreibt einen Zusammenhang zwischen der Wellenlänge der \(K_{\alpha}\)-Strahlung und der Ordnungszahl \(Z\) des Anodenmaterials.
- Das Gesetz von MOSELEY lautet \(\frac{1}{{{\lambda _{{K_{\alpha}}}}}} = {\left( {Z - 1} \right)^2} \cdot {R_\infty } \cdot \frac{3}{4}\)
- Das Gesetz von MOSELEY beschreibt einen Zusammenhang zwischen der Wellenlänge der \(K_{\alpha}\)-Strahlung und der Ordnungszahl \(Z\) des Anodenmaterials.
- Das Gesetz von MOSELEY lautet \(\frac{1}{{{\lambda _{{K_{\alpha}}}}}} = {\left( {Z - 1} \right)^2} \cdot {R_\infty } \cdot \frac{3}{4}\)
Atomare Größen
- Die absolute Atommasse \(m_{\rm{A}}\left(X\right)\) ist die Masse eines Atoms in \(\rm{kg}\).
- Die Atomare Masseneinheit u hat den Wert \(1{,}66054 \cdot {10^{ - 27}}\,\rm{kg}\).
- \(1\,\rm{mol}\) eines Stoffes besteht aus \(6{,}02214 \cdot {{10}^{23}}\) Einzelteilchen.
- Die AVOGADRO-Konstante \(N_A\) beträgt \(6{,}02214\cdot 10^{23}\,\rm{mol}^{-1}\).
- Die absolute Atommasse \(m_{\rm{A}}\left(X\right)\) ist die Masse eines Atoms in \(\rm{kg}\).
- Die Atomare Masseneinheit u hat den Wert \(1{,}66054 \cdot {10^{ - 27}}\,\rm{kg}\).
- \(1\,\rm{mol}\) eines Stoffes besteht aus \(6{,}02214 \cdot {{10}^{23}}\) Einzelteilchen.
- Die AVOGADRO-Konstante \(N_A\) beträgt \(6{,}02214\cdot 10^{23}\,\rm{mol}^{-1}\).
Atomaufbau
- Modelle über den Atomaufbau haben sich ständig weiterentwickelt.
- Ein Atom besteht aus einem sehr kleinen Atomkern und einer Hülle.
- Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. In der Atomhülle halten sich die Elektronen auf.
- Protonen und Neutronen bestehen wiederum jeweils aus drei Quarks.
- Modelle über den Atomaufbau haben sich ständig weiterentwickelt.
- Ein Atom besteht aus einem sehr kleinen Atomkern und einer Hülle.
- Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. In der Atomhülle halten sich die Elektronen auf.
- Protonen und Neutronen bestehen wiederum jeweils aus drei Quarks.
Charakteristische Strahlung
- Im kontinuierlichen RÖNTGEN-Spektrum können charakteristische Linien identifiziert werden, die sog. charakteristische Strahlung.
- Ursache sind Übergänge von Elektronen zwischen spezifischen energetischen Elektronenschalen (K-Schale, L-Schale, M-Schale,...).
- Die Kα-Linie ist in charakteristischen Spektren besonders stark ausgeprägt und die Lage der Linie im kontinuierlichen Spektrum stoffspezifisch.
- Im kontinuierlichen RÖNTGEN-Spektrum können charakteristische Linien identifiziert werden, die sog. charakteristische Strahlung.
- Ursache sind Übergänge von Elektronen zwischen spezifischen energetischen Elektronenschalen (K-Schale, L-Schale, M-Schale,...).
- Die Kα-Linie ist in charakteristischen Spektren besonders stark ausgeprägt und die Lage der Linie im kontinuierlichen Spektrum stoffspezifisch.
Energiezustände von Atomen
- Atome können nur Zustände mit ganz bestimmten, diskreten Energiezuständen annehmen.
- Entsprechend haben die von einem Atom ausgesendeten Photonen jeweils genau die Energie, die zwischen zwei solchen diskreten Energieniveaus des Atoms liegt.
- Um ein Atom anzuregen, benötigt es ebenfalls exakt einen solchen "passenden" Energiebetrag.
- Das Auftreten von Linienspektren kann durch diskrete Energieniveaus erklärt werden.
- Atome können nur Zustände mit ganz bestimmten, diskreten Energiezuständen annehmen.
- Entsprechend haben die von einem Atom ausgesendeten Photonen jeweils genau die Energie, die zwischen zwei solchen diskreten Energieniveaus des Atoms liegt.
- Um ein Atom anzuregen, benötigt es ebenfalls exakt einen solchen "passenden" Energiebetrag.
- Das Auftreten von Linienspektren kann durch diskrete Energieniveaus erklärt werden.
Klassische Röntgenaufnahmen
- Röntgenstrahlen bzw. Röntgenbilder sind in der Medizin wichtige Diagnosewerkzeuge.
- Dabei wird ausgenutzt, dass unterschiedliches Gewebe und Knochen die Röntgenstrahlung unterschiedlich stark absorbieren (schwächen).
- Moderne digitale Röntgengeräte senken die durch eine Röntgenaufnahme verursachte Strahlenbelastung stark.
- Röntgenstrahlen bzw. Röntgenbilder sind in der Medizin wichtige Diagnosewerkzeuge.
- Dabei wird ausgenutzt, dass unterschiedliches Gewebe und Knochen die Röntgenstrahlung unterschiedlich stark absorbieren (schwächen).
- Moderne digitale Röntgengeräte senken die durch eine Röntgenaufnahme verursachte Strahlenbelastung stark.
Wahrscheinlichkeitsverteilungen beim H-Atom
- Die Wahrscheinlichkeitsverteilung kann mit verschiedenen Darstellungsformen visualisiert werden.
- Die Wahrscheinlichkeitsverteilung kann mit verschiedenen Darstellungsformen visualisiert werden.
Bestandteile eines Lasers
- Laser habe drei zentrale Bestandteile: das Lasermedium, die Pumpe und den Resonator.
- Die Pumpe bringt Energie ins System und sorgt für eine Besetzungsinversion im Lasermedium.
- Der Resonator, eine Anordnung aus zwei parallelen Spiegeln, verstärkt den Laserstrahl und richtet ihn aus.
- Laser habe drei zentrale Bestandteile: das Lasermedium, die Pumpe und den Resonator.
- Die Pumpe bringt Energie ins System und sorgt für eine Besetzungsinversion im Lasermedium.
- Der Resonator, eine Anordnung aus zwei parallelen Spiegeln, verstärkt den Laserstrahl und richtet ihn aus.
Eigenschaften der Laserstrahlung
- Laserlicht ist monofrequent und linear polarisiert.
- Laserlicht besitzt nur eine sehr geringe Divergenz, ein Laserbündel weitet sich also nur sehr wenig auf.
- Mit Laserlicht können hohe Leistungsdichten im Fokus erreicht werden.
- Laserlicht ist monofrequent und linear polarisiert.
- Laserlicht besitzt nur eine sehr geringe Divergenz, ein Laserbündel weitet sich also nur sehr wenig auf.
- Mit Laserlicht können hohe Leistungsdichten im Fokus erreicht werden.
Lasermedien
- In Lasermedien muss eine Besetzungsinversion erzeugt werden, dies ist bei Medien mit nur zwei Energiezuständen nicht möglich.
- Lasermedien besitzen daher mehr als zwei Energiezustände.
- Dabei ist ein angeregter Energiezustand, der nicht der höchste ist, metastabil, also langlebig. Eine Besetzungsinversion wird möglich.
- In Lasermedien muss eine Besetzungsinversion erzeugt werden, dies ist bei Medien mit nur zwei Energiezuständen nicht möglich.
- Lasermedien besitzen daher mehr als zwei Energiezustände.
- Dabei ist ein angeregter Energiezustand, der nicht der höchste ist, metastabil, also langlebig. Eine Besetzungsinversion wird möglich.
Energieaufnahme von Atomen durch (Resonanz-)Absorption von Photonen
- Atome können beim Aufeinandertreffen mit Photonen angeregt werden.
- Die Energie des Photons muss aber exakt gleich der Energiedifferenz der verschiedenen Energiezustände sein: \({E_{{\rm{Ph}}}} = {E_m} - {E_n}\). Deshalb der Begriff "Resonanzabsorption".
- Nach der Absorption ist das Photon komplett vernichtet.
- Atome können beim Aufeinandertreffen mit Photonen angeregt werden.
- Die Energie des Photons muss aber exakt gleich der Energiedifferenz der verschiedenen Energiezustände sein: \({E_{{\rm{Ph}}}} = {E_m} - {E_n}\). Deshalb der Begriff "Resonanzabsorption".
- Nach der Absorption ist das Photon komplett vernichtet.
Energieaufnahme von Atomen durch Stoßanregung
- Atome können durch Stöße mit anderen Atomen oder Elektronen angeregt werden (Stoßanregung).
- Je nach Energie des Teilchens, das mit einem Atom stößt, kann der Stoß elastisch, vollkommen unelastisch oder teilweise unelastisch sein.
- Ist der Energieübertrag durch den Stoß größer als die Ionisationsenergie des Atoms, so wird das Atom ionisiert (Stoßionisation).
- Atome können durch Stöße mit anderen Atomen oder Elektronen angeregt werden (Stoßanregung).
- Je nach Energie des Teilchens, das mit einem Atom stößt, kann der Stoß elastisch, vollkommen unelastisch oder teilweise unelastisch sein.
- Ist der Energieübertrag durch den Stoß größer als die Ionisationsenergie des Atoms, so wird das Atom ionisiert (Stoßionisation).
Energieabgabe von Atomen durch Emission von Photonen
- Angeregte Atome geben Energie durch die Emission von Photonen ab.
- Diese Photon werden erst bei der Emission erzeugt, d.h. sie waren vorher nicht im Atom vorhanden.
- Die Energie der emittierten Photonen ist immer gleich der Differenz der Energien zweier Energieniveaus des Atoms.
- Angeregte Atome geben Energie durch die Emission von Photonen ab.
- Diese Photon werden erst bei der Emission erzeugt, d.h. sie waren vorher nicht im Atom vorhanden.
- Die Energie der emittierten Photonen ist immer gleich der Differenz der Energien zweier Energieniveaus des Atoms.