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Wesenszug 1: Statistische Vorhersagbarkeit
- Die Bahn eines einzelnen Photons beim Doppelspaltexperiment kann grundsätzlich nicht genau vorhergesagt werden.
- Quantenphysikalische Ereignisse sind nicht deterministisch, unterliegen aber statistischen Gesetzmäßigkeiten.
- Ein einfaches Beispiel hierzu ist das Verhalten von Photonen an einem Strahlteiler.
- Die Bahn eines einzelnen Photons beim Doppelspaltexperiment kann grundsätzlich nicht genau vorhergesagt werden.
- Quantenphysikalische Ereignisse sind nicht deterministisch, unterliegen aber statistischen Gesetzmäßigkeiten.
- Ein einfaches Beispiel hierzu ist das Verhalten von Photonen an einem Strahlteiler.
Wesenszug 2: Fähigkeit zur Interferenz
- Quantenobjekte können mit sich selbst interferieren
- Für die Ausbildung eines Interferenzmusters in einem Experiment müssen mehrere klassisch denkbare Wege existieren.
- In der Quantenphysik wird keiner der klassischen Wege tatsächlich realisiert.
- Quantenobjekten kann meist kein exakter Ort zugeschrieben werden, sondern statistische Aufenthaltswahrscheinlichkeiten.
- Quantenobjekte können mit sich selbst interferieren
- Für die Ausbildung eines Interferenzmusters in einem Experiment müssen mehrere klassisch denkbare Wege existieren.
- In der Quantenphysik wird keiner der klassischen Wege tatsächlich realisiert.
- Quantenobjekten kann meist kein exakter Ort zugeschrieben werden, sondern statistische Aufenthaltswahrscheinlichkeiten.
Wesenszug 3: Eindeutige Messergebnisse
- Quantenmechanische Messungen haben aktiven Charakter: Messungen zwingen ein System einen der möglichen Messwerte anzunehmen.
- Messergebnisse sind stets eindeutig, auch wenn das Quantenobjekt vor der Messung in einem Zustand war, der unbestimmt bezüglich der gemessenen Größe ist.
- Man unterscheidet in der Quantenmechanik, ob ein Objekt eine Eigenschaft besitzt oder man diese Eigenschaft misst.
- Quantenmechanische Messungen haben aktiven Charakter: Messungen zwingen ein System einen der möglichen Messwerte anzunehmen.
- Messergebnisse sind stets eindeutig, auch wenn das Quantenobjekt vor der Messung in einem Zustand war, der unbestimmt bezüglich der gemessenen Größe ist.
- Man unterscheidet in der Quantenmechanik, ob ein Objekt eine Eigenschaft besitzt oder man diese Eigenschaft misst.
Wesenszug 4: Komplementarität
- Bei einer Ortsmessung auf Höhe der Spalte bildet sich beim Doppelspaltexperiment kein Interferenzmuster auf dem Schirm aus.
- Interferenzmuster und Unterscheidbarkeit der klassisch denkbaren Möglichkeiten schließen sich aus (Komplementarität).
- Bei einer Ortsmessung auf Höhe der Spalte bildet sich beim Doppelspaltexperiment kein Interferenzmuster auf dem Schirm aus.
- Interferenzmuster und Unterscheidbarkeit der klassisch denkbaren Möglichkeiten schließen sich aus (Komplementarität).
Brennstäbe (Abitur BY 2019 Ph12-1 A1)
Die in Kernkraftwerken eingesetzten Brennstäbe sind dünnwandige Rohre, die kleine Uran-Pellets enthalten. Ein frisches Uran-Pellet der Masse…
Zur AufgabeDie in Kernkraftwerken eingesetzten Brennstäbe sind dünnwandige Rohre, die kleine Uran-Pellets enthalten. Ein frisches Uran-Pellet der Masse…
Zur AufgabeBetatron (Abitur BY 2019 Ph11-2 A2)
Abb. 1 Querschnitt eines BetatronsDas Betatron ist ein sehr kompakter Beschleuniger für Elektronen. Diese kreisen innerhalb einer evakuierten…
Zur AufgabeAbb. 1 Querschnitt eines BetatronsDas Betatron ist ein sehr kompakter Beschleuniger für Elektronen. Diese kreisen innerhalb einer evakuierten…
Zur AufgabeWeidezaun (Abitur BY 2019 Ph11-1 A2)
Abb. 1 Aufbau des Modellversuchs zum WeidezaunIm Unterricht wird mithilfe nebenstehender Schaltung ein elektrischer Weidezaun simuliert, indem der…
Zur AufgabeAbb. 1 Aufbau des Modellversuchs zum WeidezaunIm Unterricht wird mithilfe nebenstehender Schaltung ein elektrischer Weidezaun simuliert, indem der…
Zur AufgabeKernfusionsreaktor ITER (Abitur BY 2019 Ph12-2 A1)
In Südfrankreich wird seit 2007 der Kernfusionsreaktor ITER gebaut. Eine Reaktion, die dort stattfinden soll, ist die Fusion eines Deuteriumkerns…
Zur AufgabeIn Südfrankreich wird seit 2007 der Kernfusionsreaktor ITER gebaut. Eine Reaktion, die dort stattfinden soll, ist die Fusion eines Deuteriumkerns…
Zur AufgabeInterferenz und Dipolstrahlung (Abitur BY 2019 Ph12-1 A1)
Abb. 1 Momentaufnahme der abgestrahlten Wellenfronten (Wellentäler gestrichelt, Wellenberge durchgezogen)Zwei identische gleichphasig schwingende und…
Zur AufgabeAbb. 1 Momentaufnahme der abgestrahlten Wellenfronten (Wellentäler gestrichelt, Wellenberge durchgezogen)Zwei identische gleichphasig schwingende und…
Zur AufgabeCOULOMB-Gesetz (Abitur BY 2019 Ph11-1 A1)
Abb. 1 VersuchsaufbauIm Unterricht soll die Kraft zwischen zwei identischen geladenen Metallkugeln mit Durchmesser \(2{,}0\,\rm{cm}\) untersucht…
Zur AufgabeAbb. 1 VersuchsaufbauIm Unterricht soll die Kraft zwischen zwei identischen geladenen Metallkugeln mit Durchmesser \(2{,}0\,\rm{cm}\) untersucht…
Zur AufgabeBestimmung der PLANCK-Konstante (Abitur BY 2019 Ph12-1 A2)
Am 20. Mai 2019 wurde das Ur-Kilogramm „in Rente geschickt“. Die Neudefinition des Kilogramms wurde auf die PLANCK-Konstante \(h\) zurückgeführt,…
Zur AufgabeAm 20. Mai 2019 wurde das Ur-Kilogramm „in Rente geschickt“. Die Neudefinition des Kilogramms wurde auf die PLANCK-Konstante \(h\) zurückgeführt,…
Zur AufgabeMetallhydrid-Speicher (Abitur BY 2019 Ph12-2 A2)
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 GitterIn Lanthan-Nickel-Pulver kann Wasserstoff unter hohem Druck eingelagert werden. Dabei dringen die…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 GitterIn Lanthan-Nickel-Pulver kann Wasserstoff unter hohem Druck eingelagert werden. Dabei dringen die…
Zur AufgabeQuantenmechanische Systematisierung des Periodensystems
- Die Zustände der gebundenen Elektronen eines Atoms werden mit den Quantenzahlen beschrieben.
- Es gibt vier unterschiedliche Quantenzahlen: Hauptquantenzahl \(n\), Nebenquantenzahl \(l\), magnetische Quantenzahl \(m\) und Spin-Quantenzahl \(s\).
- Das PAULI-Prinzip besagt, dass in einem Atom niemals zwei Elektronen in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen können.
- Die Zustände der gebundenen Elektronen eines Atoms werden mit den Quantenzahlen beschrieben.
- Es gibt vier unterschiedliche Quantenzahlen: Hauptquantenzahl \(n\), Nebenquantenzahl \(l\), magnetische Quantenzahl \(m\) und Spin-Quantenzahl \(s\).
- Das PAULI-Prinzip besagt, dass in einem Atom niemals zwei Elektronen in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen können.
Atomdurchmesser aus dem Ölfleckversuch
- Beim Ölfleckversuch wird aus einer makroskopischen Beobachtung auf eine mikroskopische Eigenschaft geschlossen.
- Der Durchmesser eines Atoms liegt in der Größenordnung von \(10^{-10}\,\rm{m}\).
- Beim Ölfleckversuch wird aus einer makroskopischen Beobachtung auf eine mikroskopische Eigenschaft geschlossen.
- Der Durchmesser eines Atoms liegt in der Größenordnung von \(10^{-10}\,\rm{m}\).
Aufbau von Atomkernen
- Atomkerne bestehen aus Nukleonen. Dies sind entweder die elektrisch positiven Protonen und elektrische neutralen Neutronen.
- Die Kernladungs- oder Ordnungszahl \(Z\) gibt die Zahl der Protonen in einem Atomkern an und bestimmt, um welches Element es sich handelt.
- Jedes Element hat seine feste Kernladungszahl \(Z\), kann aber mehrere Isotope mit unterschiedlicher Neutronenzahlen \(N\) besitzen.
- Die Nukleonen- oder Massenzahl \(A=Z+N\) gibt die (ungefähre) Masse eines Atomkerns bzw. des ganzen Atoms in der Maßeinheit \(\rm{u}\) an.
- Zur eindeutigen Identifikation von Atomkernen nutzt man die Schreibweise\[_Z^A{\rm{X }} \buildrel \wedge \over = \;_{{\rm{Ordnungszahl}}}^{{\rm{Massenzahl}}}{\rm{Elementsymbol}},\;{\rm{alsoz}}.{\rm{B}}.\;_{\rm{6}}^{{\rm{14}}}{\rm{C}}\]
- Atomkerne bestehen aus Nukleonen. Dies sind entweder die elektrisch positiven Protonen und elektrische neutralen Neutronen.
- Die Kernladungs- oder Ordnungszahl \(Z\) gibt die Zahl der Protonen in einem Atomkern an und bestimmt, um welches Element es sich handelt.
- Jedes Element hat seine feste Kernladungszahl \(Z\), kann aber mehrere Isotope mit unterschiedlicher Neutronenzahlen \(N\) besitzen.
- Die Nukleonen- oder Massenzahl \(A=Z+N\) gibt die (ungefähre) Masse eines Atomkerns bzw. des ganzen Atoms in der Maßeinheit \(\rm{u}\) an.
- Zur eindeutigen Identifikation von Atomkernen nutzt man die Schreibweise\[_Z^A{\rm{X }} \buildrel \wedge \over = \;_{{\rm{Ordnungszahl}}}^{{\rm{Massenzahl}}}{\rm{Elementsymbol}},\;{\rm{alsoz}}.{\rm{B}}.\;_{\rm{6}}^{{\rm{14}}}{\rm{C}}\]
Nuklidkarte stabiler Kerne
- Verschiedene Atomkerne werden häufig in einer \(N\)-\(Z\)-Nuklidkarte dargestellt.
- Unterschiedliche Elemente stehen jeweils in verschiedenen Zeilen, Isotope des gleichen Elementes jeweils in der gleichen Zeile.
- Kleine, leichte Kerne besitzen ungefähr genau so viele Protonen wie Neutronen, bei großen, schweren Kernen ist die Zahl der Neutronen deutlich größer als die der Protonen.
- Verschiedene Atomkerne werden häufig in einer \(N\)-\(Z\)-Nuklidkarte dargestellt.
- Unterschiedliche Elemente stehen jeweils in verschiedenen Zeilen, Isotope des gleichen Elementes jeweils in der gleichen Zeile.
- Kleine, leichte Kerne besitzen ungefähr genau so viele Protonen wie Neutronen, bei großen, schweren Kernen ist die Zahl der Neutronen deutlich größer als die der Protonen.
Bestimmung der Gravitationskonstante aus dem Ortsfaktor
Genaue Messungen des Ortsfaktors ergeben in Deutschland für die Städte Hamburg \({g_{{\rm{HH}}}} = 9{,}813730\,\frac{{\rm{N}}}{{{\rm{kg}}}}\), Köln…
Zur AufgabeGenaue Messungen des Ortsfaktors ergeben in Deutschland für die Städte Hamburg \({g_{{\rm{HH}}}} = 9{,}813730\,\frac{{\rm{N}}}{{{\rm{kg}}}}\), Köln…
Zur AufgabeBestimmung von Masse und Dichte der Erde
Henry CAVENDISH (1731 - 1810) gelang es im Jahr 1798 mit einer Gravitationswaage zum ersten Mal, den Wert der Gravitationskonstanten \(G\) ohne…
Zur AufgabeHenry CAVENDISH (1731 - 1810) gelang es im Jahr 1798 mit einer Gravitationswaage zum ersten Mal, den Wert der Gravitationskonstanten \(G\) ohne…
Zur AufgabeBestimmung der Jupitermasse
Hast du dich schon einmal gefragt, wie Astrophysiker die Masse der Planeten unseres Sonnensystems bestimmen können? Wie man die Masse der Erde durch…
Zur AufgabeHast du dich schon einmal gefragt, wie Astrophysiker die Masse der Planeten unseres Sonnensystems bestimmen können? Wie man die Masse der Erde durch…
Zur AufgabeGravitationskraft
- Die Gravitationskraft \(\vec F_{\rm{G}}\) zwischen zwei punktförmigen Massen \(m_1\) und \(m_2\) liegt auf der Verbindungslinie der beiden Massen. Der Betrag \(F_{\rm{G}}\) der Gravitationskraft ist proportional zu den Massen \(m_1\) sowie \(m_2\) und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands \(r\) der Massen. Er berechnet sich durch \(F_{\rm{G}} = G \cdot \frac{m_1 \cdot m_2}{{{r^2}}}\) mit der Gravitationskonstante \(G = 6{,}674 \cdot {10^{ - 11}}\,\frac{{{{\rm{m}}^3}}}{{{\rm{kg}} \cdot {{\rm{s}}^2}}}\).
- Die Gravitationskraft \(\vec F_{\rm{G}}\) auf eine punktförmige Masse \(m\) an der Erdoberfläche ist senkrecht zur Erdoberfläche gerichtet. Der Betrag \(F_{\rm{G}}\) der Gravitationskraft ist proportional zur Masse \(m\). Er berechnet sich durch \(F_{\rm{G}}=m \cdot g\). In der Praxis benutzen wir in Deutschland den Wert \(g = 9{,}81\frac{{\rm{N}}}{{{\rm{kg}}}}\).
- Die Gravitationskraft \(\vec F_{\rm{G}}\) zwischen zwei punktförmigen Massen \(m_1\) und \(m_2\) liegt auf der Verbindungslinie der beiden Massen. Der Betrag \(F_{\rm{G}}\) der Gravitationskraft ist proportional zu den Massen \(m_1\) sowie \(m_2\) und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands \(r\) der Massen. Er berechnet sich durch \(F_{\rm{G}} = G \cdot \frac{m_1 \cdot m_2}{{{r^2}}}\) mit der Gravitationskonstante \(G = 6{,}674 \cdot {10^{ - 11}}\,\frac{{{{\rm{m}}^3}}}{{{\rm{kg}} \cdot {{\rm{s}}^2}}}\).
- Die Gravitationskraft \(\vec F_{\rm{G}}\) auf eine punktförmige Masse \(m\) an der Erdoberfläche ist senkrecht zur Erdoberfläche gerichtet. Der Betrag \(F_{\rm{G}}\) der Gravitationskraft ist proportional zur Masse \(m\). Er berechnet sich durch \(F_{\rm{G}}=m \cdot g\). In der Praxis benutzen wir in Deutschland den Wert \(g = 9{,}81\frac{{\rm{N}}}{{{\rm{kg}}}}\).
Stabile Kreisbahnen
Warum bleiben z.B. der Mond, ein geostationärer Satellit oder die Raumstation ISS auf ihrer festen Umlaufbahn und bewegen sich nicht näher oder weiter…
Zur AufgabeWarum bleiben z.B. der Mond, ein geostationärer Satellit oder die Raumstation ISS auf ihrer festen Umlaufbahn und bewegen sich nicht näher oder weiter…
Zur AufgabeEnergieentwertung durch Reibung
- Bei der Betrachtung von mechanischen Systemen wird die Reibung oft vernachlässigt.
- In realen Systemen tritt (außer im Weltraum) allerdings immer Reibung auf.
- Das Auftreten von Reibung ist mit einer irreversiblen Energieentwertung verbunden.
- Bei der Betrachtung von mechanischen Systemen wird die Reibung oft vernachlässigt.
- In realen Systemen tritt (außer im Weltraum) allerdings immer Reibung auf.
- Das Auftreten von Reibung ist mit einer irreversiblen Energieentwertung verbunden.
Leiter und Nichtleiter
- Materialien können grob in zwei Kategorien eingeteilt werden: Leiter (z.B. Metalle) und Nichtleiter (z.B. Kunststoffe).
- Ob ein Material Strom gut oder schlecht leitet kannst du mit einer Testschaltung prüfen.
- Je mehr Salz im Wasser gelöst ist, desto besser leitet Wasser Strom.
- Die meisten Gase leiten Strom nicht.
- Materialien können grob in zwei Kategorien eingeteilt werden: Leiter (z.B. Metalle) und Nichtleiter (z.B. Kunststoffe).
- Ob ein Material Strom gut oder schlecht leitet kannst du mit einer Testschaltung prüfen.
- Je mehr Salz im Wasser gelöst ist, desto besser leitet Wasser Strom.
- Die meisten Gase leiten Strom nicht.