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Video aus einer Nebelkammer

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Das Video zeigt Aufnahmen aus einer Diffusionsnebelkammer. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.

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Zerfallsgesetz, Zerfallskonstante und Halbwertszeit

Grundwissen

  • Für den Bestand \(N\) der zum Zeitpunkt \(t\) noch nicht zerfallenden Atomkerne gilt \(N(t) = {N_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}}\) mit der Zerfallskonstanten \(\lambda\).
  • Für die Aktivität \(A\) zum Zeitpunkt \(t\) gilt \(A(t) = {A_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}} = \lambda  \cdot {N_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}}\).
  • Die Halbwertszeit \(T_{1/2}\) ist die Zeitspanne, in der sich die Anzahl der nicht zerfallenen Atomkerne eines radioaktiven Präparats halbiert.
  • Zwischen der Zerfallskonstanten \(\lambda\) und der Halbwertszeit \({T_{1/2}}\) besteht der Zusammenhang \(\lambda  = \frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{{T_{1/2}}}}\).

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Grundwissen

  • Für den Bestand \(N\) der zum Zeitpunkt \(t\) noch nicht zerfallenden Atomkerne gilt \(N(t) = {N_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}}\) mit der Zerfallskonstanten \(\lambda\).
  • Für die Aktivität \(A\) zum Zeitpunkt \(t\) gilt \(A(t) = {A_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}} = \lambda  \cdot {N_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}}\).
  • Die Halbwertszeit \(T_{1/2}\) ist die Zeitspanne, in der sich die Anzahl der nicht zerfallenen Atomkerne eines radioaktiven Präparats halbiert.
  • Zwischen der Zerfallskonstanten \(\lambda\) und der Halbwertszeit \({T_{1/2}}\) besteht der Zusammenhang \(\lambda  = \frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{{T_{1/2}}}}\).

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Auswerten von Zerfallskurven

Grundwissen

  • Aus Messwerten vom Zerfall eines radioaktiven Präparates kannst du mit verschiedenen Methoden z.B. die Anfangsaktivität \(A_0\), die Zerfallskonstante \(\lambda\) und die Halbwertszeit \(T_{1/2}\) bestimmen.
  • Welche Methode du wählst hängt von der Aufgabenstellung und den vorhandenen technischen Hilfsmitteln wie GTR oder Tabellenkalkulation ab.

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Grundwissen

  • Aus Messwerten vom Zerfall eines radioaktiven Präparates kannst du mit verschiedenen Methoden z.B. die Anfangsaktivität \(A_0\), die Zerfallskonstante \(\lambda\) und die Halbwertszeit \(T_{1/2}\) bestimmen.
  • Welche Methode du wählst hängt von der Aufgabenstellung und den vorhandenen technischen Hilfsmitteln wie GTR oder Tabellenkalkulation ab.

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Auswerten von Absorptionskurven

Grundwissen

  • Aus Messwerten z.B. der Zählrate \(R\) ionisierender Strahlung hinter Absorbern kannst du mit verschiedenen Methoden z.B. die Zählrate \(R_0\) ohne Absorber, den Absorptionskoeffizienten \(\mu\) und die Halbwertsschichtdicke \(d_{1/2}\) bestimmen.
  • Welche Methode du wählst hängt von der Aufgabenstellung und den vorhandenen technischen Hilfsmitteln wie GTR oder Tabellenkalkulation ab.

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Grundwissen

  • Aus Messwerten z.B. der Zählrate \(R\) ionisierender Strahlung hinter Absorbern kannst du mit verschiedenen Methoden z.B. die Zählrate \(R_0\) ohne Absorber, den Absorptionskoeffizienten \(\mu\) und die Halbwertsschichtdicke \(d_{1/2}\) bestimmen.
  • Welche Methode du wählst hängt von der Aufgabenstellung und den vorhandenen technischen Hilfsmitteln wie GTR oder Tabellenkalkulation ab.

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Ionisierende Strahlung radioaktiver Stoffe

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Seit 2018 werden, orientiert am Kernlehrplan Physik für die gymnasiale Oberstufe und insbesondere an den dort hervorgehobenen Experimenten, digitale Unterstützungsmaterialien zum Lehren und Lernen im Physikunterricht konzipiert. Dabei werden fortlaufend in Zusammenarbeit mit einer Arbeitsgruppe bei QUA-LiS NRW und der Freien Universität Berlin interaktive Bildschirmexperimente (IBEs) entwickelt, welche in lehrplankonforme Lernumgebungen eingebettet sind.
Interaktive Bildschirmexperimente stellen eine Ergänzung zu den im Unterricht real durchgeführten Experimenten dar. Sie können und sollen den Mehrwert einer realen Versuchsdurchführung nicht ersetzen. Die Materialien sind durch Hilfen zu den Aufgaben auf der einen Seite und durch Exkurse und Vertiefungen auf der anderen Seite insbesondere auch für binnendifferenzierende Unterrichtsvorhaben besonders geeignet.

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Seit 2018 werden, orientiert am Kernlehrplan Physik für die gymnasiale Oberstufe und insbesondere an den dort hervorgehobenen Experimenten, digitale Unterstützungsmaterialien zum Lehren und Lernen im Physikunterricht konzipiert. Dabei werden fortlaufend in Zusammenarbeit mit einer Arbeitsgruppe bei QUA-LiS NRW und der Freien Universität Berlin interaktive Bildschirmexperimente (IBEs) entwickelt, welche in lehrplankonforme Lernumgebungen eingebettet sind.
Interaktive Bildschirmexperimente stellen eine Ergänzung zu den im Unterricht real durchgeführten Experimenten dar. Sie können und sollen den Mehrwert einer realen Versuchsdurchführung nicht ersetzen. Die Materialien sind durch Hilfen zu den Aufgaben auf der einen Seite und durch Exkurse und Vertiefungen auf der anderen Seite insbesondere auch für binnendifferenzierende Unterrichtsvorhaben besonders geeignet.

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Sammlung interaktiver Experimente zur ionisierenden Strahlung

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Diese Sammlung an interaktiven Bildschirmexperimenten (IBE) zeigt Experimente zur Beobachtung der drei Arten ionisierender Strahlung, und der Absorbtion der Strahlungen durch verschiedene Medien. Außerdem werden Wechselwirkungen der ionisierenden Strahlung mit Materie und deren Auswirkungen auf den menschlichen Organismus untersucht.
Zwischen den Experimenten könnt ihr durch Anklicken der Themen oder mit den Pfeilen unten rechts und links auf der Seite navigieren. Diese Experimente stammen von der AG Didaktik der Physik der Universität Berlin.

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Diese Sammlung an interaktiven Bildschirmexperimenten (IBE) zeigt Experimente zur Beobachtung der drei Arten ionisierender Strahlung, und der Absorbtion der Strahlungen durch verschiedene Medien. Außerdem werden Wechselwirkungen der ionisierenden Strahlung mit Materie und deren Auswirkungen auf den menschlichen Organismus untersucht.
Zwischen den Experimenten könnt ihr durch Anklicken der Themen oder mit den Pfeilen unten rechts und links auf der Seite navigieren. Diese Experimente stammen von der AG Didaktik der Physik der Universität Berlin.

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Potentialtopfmodell (Fermi-Gas-Modell)

Grundwissen

  • Der Neutronentopf hat am Rand einen horizontalen Potentialverlauf mit Potential Null und einen scharf begrenzten Rand mit Einsetzen der Kernkraft.
  • Beim Protonentopf muss das Coulombpotential berücksichtigt werden, sodass das Potential am Rand positiv und nach außen mit \(\frac{1}{r}\) abfällt.
  • Der Boden des Neutronentopfes liegt energetisch bei ca. \(-46\,\rm{MeV}\), derjenige des Protonentopfes liegt etwas höher, da sich die Protonen im Kern gegenseitig abstoßen.

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Grundwissen

  • Der Neutronentopf hat am Rand einen horizontalen Potentialverlauf mit Potential Null und einen scharf begrenzten Rand mit Einsetzen der Kernkraft.
  • Beim Protonentopf muss das Coulombpotential berücksichtigt werden, sodass das Potential am Rand positiv und nach außen mit \(\frac{1}{r}\) abfällt.
  • Der Boden des Neutronentopfes liegt energetisch bei ca. \(-46\,\rm{MeV}\), derjenige des Protonentopfes liegt etwas höher, da sich die Protonen im Kern gegenseitig abstoßen.

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DESYs KworkQuark

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Sie wollen wissen, woraus das Universum besteht? Was es mit Quarks und Elektronen auf sich hat? Dann ist DESYs KworkQuark genau das Richtige für Sie.

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Sie wollen wissen, woraus das Universum besteht? Was es mit Quarks und Elektronen auf sich hat? Dann ist DESYs KworkQuark genau das Richtige für Sie.

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kernfragen.de - Wissensportal Kernenergie

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kernfragen.de ist das Wissensportal für alle, die mehr über das Thema Kernenergie und deren friedliche Nutzung wissen möchten.

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kernfragen.de ist das Wissensportal für alle, die mehr über das Thema Kernenergie und deren friedliche Nutzung wissen möchten.

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LHC-Closer

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Informationen rund um das CERN und den LHC: Geschichte, Technik, Anwendungen, Finanzen und vieles mehr. Physikalische Grundlagen (Magnetfeld, Energie und Impuls, Vakuum…) sind ansprechend auf Oberstufenniveau erklärt (mit Formeln).

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LHC-Facts

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Informationen rund um den LHC. Hier geht es nicht nur um Physik, sondern auch um Anwendungen und Sicherheit. Auch der aktuelle Stand des LHC kann unter „LHC Online“ abgefragt werden.

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Informationen rund um den LHC. Hier geht es nicht nur um Physik, sondern auch um Anwendungen und Sicherheit. Auch der aktuelle Stand des LHC kann unter „LHC Online“ abgefragt werden.

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Grundlagen der Teilchenphysik

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Etwas ältere, dafür ausführliche Teilchenphysik-Tour (funktioniert nicht in allen Browsern). Bietet weiterführende Informationen zur Geschichte der Teilchenphysik, Detektoren etc.

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Etwas ältere, dafür ausführliche Teilchenphysik-Tour (funktioniert nicht in allen Browsern). Bietet weiterführende Informationen zur Geschichte der Teilchenphysik, Detektoren etc.

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Das Teilchen Abenteuer (Particle Adventure)

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Preisgekrönte Teilchenphysik-Tour, mit Quizfragen. Gut zum Einstieg ins Thema, auch ganz ohne Vorkenntnisse. Hinweis: Das ist eine englische Webseite.

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Preisgekrönte Teilchenphysik-Tour, mit Quizfragen. Gut zum Einstieg ins Thema, auch ganz ohne Vorkenntnisse. Hinweis: Das ist eine englische Webseite.

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Welt der Physik

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Umfangreiche Sammlung von Artikeln und Nachrichten rund um Teilchenphysik. Die Themen: Aktuelle Forschung, Technik, Anwendungen, Forschungsinstitute rund um die Welt u.v.m.

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Deutsches Teilchenphysik-Portal

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Deutsches Teilchenphysik-Portal mit Infos rund um den LHC und aktuellen Nachrichten.

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Netzwerk Teilchenwelt

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Internetpräsens des Netzwerks Teilchenwelt, einem Netzwerk aus 24 Standorten der Teilchenphysik in Deutschland.

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Internetpräsens des Netzwerks Teilchenwelt, einem Netzwerk aus 24 Standorten der Teilchenphysik in Deutschland.

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Kohle, Kernfraft, Kernfusion

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Vor- und Nachteile der verschiedenen Energieformen mit Ausblick auf die Kernfusion

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Vor- und Nachteile der verschiedenen Energieformen mit Ausblick auf die Kernfusion

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Unterrichtsmaterial Elementarteilchenphysik

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Diese Unterrichtsmaterialien entstanden bei einer Kooperation von Science on Stage Deutschland e.V. und der Stiftung Jugend forscht e.V. Geeignet für den Unterricht für Schüler ab 17 Jahren.

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Diese Unterrichtsmaterialien entstanden bei einer Kooperation von Science on Stage Deutschland e.V. und der Stiftung Jugend forscht e.V. Geeignet für den Unterricht für Schüler ab 17 Jahren.

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Nebelkammer im Selbstbau

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Das Netzwerk Teilchenwelt stellt eine ausführliche Anleitung bereit, wie man eine Nebelkammer mit relativ einfachen Mitteln selbst bauern kann.

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Das Netzwerk Teilchenwelt stellt eine ausführliche Anleitung bereit, wie man eine Nebelkammer mit relativ einfachen Mitteln selbst bauern kann.

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Was ist Radioaktivität?

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Prof. Harald Lesch erklärt bei alpha-Centauri, was man unter Radioaktivität versteht und geht auch auf die Bedeutung der Radioaktivität in der Astronomie ein.

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Prof. Harald Lesch erklärt bei alpha-Centauri, was man unter Radioaktivität versteht und geht auch auf die Bedeutung der Radioaktivität in der Astronomie ein.

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Virtual Reality Experiment mit Ba137m

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Der Fachverband für Strahlenschutz e.V. bietet gemeinsam mit der Uni Mainz ein virtuelles Experiment zu Bestimmung der Halbwertszeit von Ba137m an. Nutzbar unter Windows und Android.

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Der Fachverband für Strahlenschutz e.V. bietet gemeinsam mit der Uni Mainz ein virtuelles Experiment zu Bestimmung der Halbwertszeit von Ba137m an. Nutzbar unter Windows und Android.

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Strahlenschutz KOMPAKT

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Der Fachverband für Strahlenschutz e.V. bietet hier anschaulich und gut verständlich Informationen zu Themen wie Strahlenschutz beim Fliegen, Medizinische Strahlenexposition oder Dosis im Strahlenschutz.

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Der Fachverband für Strahlenschutz e.V. bietet hier anschaulich und gut verständlich Informationen zu Themen wie Strahlenschutz beim Fliegen, Medizinische Strahlenexposition oder Dosis im Strahlenschutz.

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Neutrinos – die Geister des Herrn Pauli

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In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Neutrinos erarbeiten die Schülerinnen und Schüler grundlegende physikalische Eigenschaften des Betazerfalls, erfahren, welche Rolle das Neutrino dabei spielt und welche Eigenschaften dieses Elementarteilchen besitzt. Die Arbeitsblätter nehmen dabei Bezug auf ein Erklärvideo zum Thema Neutrinos. Die Unterrichtsmaterialien können auf Deutsch und auf Englisch (für den englisch-bilingualen Unterricht) heruntergeladen werden.

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In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Neutrinos erarbeiten die Schülerinnen und Schüler grundlegende physikalische Eigenschaften des Betazerfalls, erfahren, welche Rolle das Neutrino dabei spielt und welche Eigenschaften dieses Elementarteilchen besitzt. Die Arbeitsblätter nehmen dabei Bezug auf ein Erklärvideo zum Thema Neutrinos. Die Unterrichtsmaterialien können auf Deutsch und auf Englisch (für den englisch-bilingualen Unterricht) heruntergeladen werden.

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Fusionswahrscheinlichkeit

Grundwissen

  • Protonen müssen genug Energie besitzen, um die Coulombkräfte zu überwinden, um fusionieren zu können.
  • Trotz der hohen Temperatur in der Sonne besitzen auch hier nicht genug Protonen genug Energie.
  • Der Tunneleffekt im quantenmechanischen Modell erklärt, warum dennoch ausreichend Kernfusionen stattfinden.

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Grundwissen

  • Protonen müssen genug Energie besitzen, um die Coulombkräfte zu überwinden, um fusionieren zu können.
  • Trotz der hohen Temperatur in der Sonne besitzen auch hier nicht genug Protonen genug Energie.
  • Der Tunneleffekt im quantenmechanischen Modell erklärt, warum dennoch ausreichend Kernfusionen stattfinden.

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Ionisierende Strahlung in Chemie und Biologie

Grundwissen

  • Ionisierende Strahlung wird zur Schädlingssterilisation und zur Reduzierung der Keimfähigkeit genutzt.
  • Radioaktive Substanzen werden zum Tracing eingesetzt und geben Aufschluss über den Ablauf chemischer und biologischer Prozesse.
  • Ionisierende Strahlung kann die Farbe von Edelsteinen beeinflussen.

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  • Ionisierende Strahlung wird zur Schädlingssterilisation und zur Reduzierung der Keimfähigkeit genutzt.
  • Radioaktive Substanzen werden zum Tracing eingesetzt und geben Aufschluss über den Ablauf chemischer und biologischer Prozesse.
  • Ionisierende Strahlung kann die Farbe von Edelsteinen beeinflussen.

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Ionisierende Strahlung in der Medizin

Grundwissen

  • Auch in der Medizin werden radioaktive Isotope als Tracer eingesetzt (Szintigraphie).
  • Besonders wichtig ist hier die Positronen-Emissions-Tomographie (PET).
  • Radionuklidtherapie kann auch zur Schmerzlinderung eingesetzt werden.

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  • Auch in der Medizin werden radioaktive Isotope als Tracer eingesetzt (Szintigraphie).
  • Besonders wichtig ist hier die Positronen-Emissions-Tomographie (PET).
  • Radionuklidtherapie kann auch zur Schmerzlinderung eingesetzt werden.

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Ionisierende Strahlung in der Technik

Grundwissen

  • Mit ionisierender Strahlung können Dicken gemessen, Werkstoffe geprüft und Lecks detektiert werden.
  • Radionuklidbatterien betreiben Herzschrittmacher und werden in der Raumfahrt genutzt.

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  • Mit ionisierender Strahlung können Dicken gemessen, Werkstoffe geprüft und Lecks detektiert werden.
  • Radionuklidbatterien betreiben Herzschrittmacher und werden in der Raumfahrt genutzt.

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Streuexperiment

Grundwissen

  • Mit Streuexperimenten kann man den Aufbau und die Struktur von kleinsten Teilchen untersuchen.
  • Das zu untersuchende Objekt wir mit schnellen Teilchen beschossen, die am Objekt gestreut werden.
  • Aus der räumlichen Verteilung der gestreuten Teilchen werden Rückschlüsse auf die Struktur des Objektes gezogen.

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  • Mit Streuexperimenten kann man den Aufbau und die Struktur von kleinsten Teilchen untersuchen.
  • Das zu untersuchende Objekt wir mit schnellen Teilchen beschossen, die am Objekt gestreut werden.
  • Aus der räumlichen Verteilung der gestreuten Teilchen werden Rückschlüsse auf die Struktur des Objektes gezogen.

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Kernkraft

Grundwissen

  • Die Kernkraft sorgt bei kleinen Nukleonenabständen von etwa \(0{,}5\,\rm{fm}\) bis  \(2{,}5\,\rm{fm}\), für eine Anziehung der Nukleonen und hält somit den Atomkern zusammen.
  • Die Kernkraft ist wesentlich stärker als die Gravitationswechselwirkung oder die elektromagnetische Wechselwirkung.
  • Für den Radius eines Atomkerns gilt näherungsweise \({{r_k} = 1{,}4 \cdot {10^{ - 15}}\,\rm{m} \cdot \sqrt[3]{A}}\), wo \(A\) die Nukleonenanzahl ist.

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  • Die Kernkraft sorgt bei kleinen Nukleonenabständen von etwa \(0{,}5\,\rm{fm}\) bis  \(2{,}5\,\rm{fm}\), für eine Anziehung der Nukleonen und hält somit den Atomkern zusammen.
  • Die Kernkraft ist wesentlich stärker als die Gravitationswechselwirkung oder die elektromagnetische Wechselwirkung.
  • Für den Radius eines Atomkerns gilt näherungsweise \({{r_k} = 1{,}4 \cdot {10^{ - 15}}\,\rm{m} \cdot \sqrt[3]{A}}\), wo \(A\) die Nukleonenanzahl ist.

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Energiebilanz bei Kernreaktionen

Grundwissen

  • Der Q-Wert einer Kernreaktion ist die Summe der nach der Kernreaktion vorliegenden kinetischen Energien und der Anregungsenergie \({E^*}\left({\rm{Y}}\right)\) von \(\rm{Y}\) vermindert um die vor der Reaktion vorliegenden kinetischen Energien.
  • Ist der Q-Wert positiv, so ist die Kernreaktion exotherm, ist der Q-Wert negativ, so ist die Kernreaktion endotherm.
  • Der Q-Wert lässt sich berechnen als die Differenz der Ruheenergien vor der Reaktion und der Ruheenergien nach der Reaktion: \(Q = \left( {{m_0}\left( {\rm{x}} \right) \cdot {c^2} + {m_0}\left( {\rm{X}} \right) \cdot {c^2}} \right) - \left( {{m_0}\left( {\rm{y}} \right) \cdot {c^2} + {m_0}\left( {\rm{Y}} \right) \cdot {c^2}} \right)\)

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  • Der Q-Wert einer Kernreaktion ist die Summe der nach der Kernreaktion vorliegenden kinetischen Energien und der Anregungsenergie \({E^*}\left({\rm{Y}}\right)\) von \(\rm{Y}\) vermindert um die vor der Reaktion vorliegenden kinetischen Energien.
  • Ist der Q-Wert positiv, so ist die Kernreaktion exotherm, ist der Q-Wert negativ, so ist die Kernreaktion endotherm.
  • Der Q-Wert lässt sich berechnen als die Differenz der Ruheenergien vor der Reaktion und der Ruheenergien nach der Reaktion: \(Q = \left( {{m_0}\left( {\rm{x}} \right) \cdot {c^2} + {m_0}\left( {\rm{X}} \right) \cdot {c^2}} \right) - \left( {{m_0}\left( {\rm{y}} \right) \cdot {c^2} + {m_0}\left( {\rm{Y}} \right) \cdot {c^2}} \right)\)

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