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Teilchenphysikaspekte in der klassischen Physik
- Auch bei Themen der klassischen Physik werden an vielen Stellen Teilchenaspekte deutlich.
- Beispiele sind die \(\beta\)-Strahlung und das AEgIS-Experiment als Anwendung des waagerechten Wurfs.
- Auch bei Themen der klassischen Physik werden an vielen Stellen Teilchenaspekte deutlich.
- Beispiele sind die \(\beta\)-Strahlung und das AEgIS-Experiment als Anwendung des waagerechten Wurfs.
Biologische Strahlenwirkung
- Man muss unterscheiden, ob die Bestrahlung von außen erfolgt oder vom Inneren des Körpers ausgeht.
- \(\alpha\)- und \(\beta\)-Strahlung sind besonders gefährlich, wenn ihre Quellen durch Luft oder Nahrung in den Körper aufgenommen wurden.
-
Man unterscheidet stochastische und deterministische Strahlenschäden.
- Man muss unterscheiden, ob die Bestrahlung von außen erfolgt oder vom Inneren des Körpers ausgeht.
- \(\alpha\)- und \(\beta\)-Strahlung sind besonders gefährlich, wenn ihre Quellen durch Luft oder Nahrung in den Körper aufgenommen wurden.
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Man unterscheidet stochastische und deterministische Strahlenschäden.
Dosimetrie und Dosiseinheiten
Zur Beschreibung der biologischen Wirkung von ionisierender Strahlung führt man den Begriff der Dosis ein. Dabei unterscheidet man verschiedene Dosisarten.
- Die Energiedosis \(D\), die ein Körper durch ionisierende Strahlung erhält, ist der Quotient aus der von dem Körper absorbierten Strahlungsenergie \(E\) und der Masse \(m\) des Körpers: \(D=\frac{E}{m}\). Die Energiedosis ist Grundlage der Dosimetrie im Strahlenschutz.
- Die Ionendosis \(J\), die ein Körper durch ionisierende Strahlung erhält, ist der Quotient aus der durch Ionisation in dem Körper freiwerdenen elektrischen Ladung \(Q\) gleichen Vorzeichens und der Masse \(m\) des Körpers: \(J=\frac{Q}{m}\).
- Die Äquivalentdosis \(H\), die ein Körper durch eine Energiedosis einer bestimmten Strahlung erhält, ist das Produkt aus der Energiedosis \(D\) und dem Strahlungswichtungsfaktor \(w_{\rm{R}}\) der Strahlung: \(H=w_{\rm{R}} \cdot D\).
- Die effektive Dosis \(E\), die ein Organ/Gewebe durch eine Äquivalentdosis erhält, ist das Produkt aus der Äquivalentdosis \(H\) und dem Gewebewichtungsfaktor \(w_{\rm{T}}\) des absorbierenden Organs/Gewebes: \(E=w_{\rm{T}} \cdot H\).
Zur Beschreibung der biologischen Wirkung von ionisierender Strahlung führt man den Begriff der Dosis ein. Dabei unterscheidet man verschiedene Dosisarten.
- Die Energiedosis \(D\), die ein Körper durch ionisierende Strahlung erhält, ist der Quotient aus der von dem Körper absorbierten Strahlungsenergie \(E\) und der Masse \(m\) des Körpers: \(D=\frac{E}{m}\). Die Energiedosis ist Grundlage der Dosimetrie im Strahlenschutz.
- Die Ionendosis \(J\), die ein Körper durch ionisierende Strahlung erhält, ist der Quotient aus der durch Ionisation in dem Körper freiwerdenen elektrischen Ladung \(Q\) gleichen Vorzeichens und der Masse \(m\) des Körpers: \(J=\frac{Q}{m}\).
- Die Äquivalentdosis \(H\), die ein Körper durch eine Energiedosis einer bestimmten Strahlung erhält, ist das Produkt aus der Energiedosis \(D\) und dem Strahlungswichtungsfaktor \(w_{\rm{R}}\) der Strahlung: \(H=w_{\rm{R}} \cdot D\).
- Die effektive Dosis \(E\), die ein Organ/Gewebe durch eine Äquivalentdosis erhält, ist das Produkt aus der Äquivalentdosis \(H\) und dem Gewebewichtungsfaktor \(w_{\rm{T}}\) des absorbierenden Organs/Gewebes: \(E=w_{\rm{T}} \cdot H\).
FEYNMAN-Diagramme
- FEYNMAN-Diagramme sind schematische Zeit-Ort-Diagramme von Teilchen (nicht die Bahnkurven) und bieten eine übersichtliche Darstellung von Wechselwirkungsprozessen.
- Oft haben die Diagramme äußere Linien, welche Materieteilchen darstellen und innere Linien, die Botenteilchen darstellen.
- Wechselwirkungspunkte, an denen Linien zusammentreffen nennt man Vertices (Singular: Vertex).
- FEYNMAN-Diagramme sind schematische Zeit-Ort-Diagramme von Teilchen (nicht die Bahnkurven) und bieten eine übersichtliche Darstellung von Wechselwirkungsprozessen.
- Oft haben die Diagramme äußere Linien, welche Materieteilchen darstellen und innere Linien, die Botenteilchen darstellen.
- Wechselwirkungspunkte, an denen Linien zusammentreffen nennt man Vertices (Singular: Vertex).
Kosmologische Rotverschiebung
- In den Spektren weit entfernter Galaxien finden sich, wie beim Sonnenspektrum, verschiedene Absorptionslinien.
- Die Absorptionslinien weit entfernter Galaxien sind deutlich stärker ins Rote verschoben.
- Ursache für die kosmologische Rotverschiebung ist die Ausdehnung des Raumes selbst, nicht eine Relativbewegung der Galaxie im Vergleich zum Beobachter.
- In der Astronomie wird die Rotverschiebung häufig durch die dimensionslose Größe \(z=\frac{\lambda_{\rm{beobachtet}}}{\lambda_0}-1\) angegeben.
- In den Spektren weit entfernter Galaxien finden sich, wie beim Sonnenspektrum, verschiedene Absorptionslinien.
- Die Absorptionslinien weit entfernter Galaxien sind deutlich stärker ins Rote verschoben.
- Ursache für die kosmologische Rotverschiebung ist die Ausdehnung des Raumes selbst, nicht eine Relativbewegung der Galaxie im Vergleich zum Beobachter.
- In der Astronomie wird die Rotverschiebung häufig durch die dimensionslose Größe \(z=\frac{\lambda_{\rm{beobachtet}}}{\lambda_0}-1\) angegeben.
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.
Video aus einer Nebelkammer
Das Video zeigt Aufnahmen aus einer Diffusionsnebelkammer. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkFlexible Simulation von Sonne und Erde
Die Webseite bietet eine flexibel nutzbare Simulation von Sonne und Erde, anhand derer sehr gut die Jahreszeiten, die unterschiedlichen Tageslängen und der Einfluss der Position auf der Erde auf diese Phänomene gezeigt und anschaulich erklärt werden können. Alles vollständig im Browser - keine Installation notwendig.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zu den Mondphasen
Dieses Video illustriert die Mondphasen mithilfe einer Lichtquelle und einer Holzkugel, und zeigt dabei sowohl die Sicht von der Erde, als auch eine Draufsicht auf das gesamte Sonnensystem. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideoanleitung zu Experimenten zur Wärmeleitung
Dieses Video zeigt und erklärt einige Experimente zum Thema Wärmeleitung und -kapazität. Die Experimente können Physikunterricht aber auch im Homeschooling mit Haushaltgegenständen leicht reproduziert werden. Das Video stammt von Prof. André Bresges, Professor für Physik an der Universität Köln.
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Zum externen WeblinkLernmodul des DLR_School_Lab zum Thema Erde, Sonne und Mond
In diesem Lernmodul gehts rund. Das DLR_School_Lab erklärt hier, warum alle Himmelskörper rotieren und Planeten und Sterne kugelförmig sind. Ihr seht spannende Animationen, Videos und Bilder. Viel Spaß beim Stöbern!
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In diesem Lernmodul gehts rund. Das DLR_School_Lab erklärt hier, warum alle Himmelskörper rotieren und Planeten und Sterne kugelförmig sind. Ihr seht spannende Animationen, Videos und Bilder. Viel Spaß beim Stöbern!
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkSonne, Erde, Mond in deinem Zimmer!
Dieses Science-at-home Video von DLR_next zeigt euch viele Mitmach-Experimente zum Sonnensystem. Ihr lernt wie ihr die Kugelform der Erde nachweisen könnt und lernt im Versuch des Foucaultschen Pendels die Erddrehung zu zeigen. Viel Spaß beim Nachmachen!
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkIonisierende Strahlung radioaktiver Stoffe
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.
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.
Eine virtuelle Reise ins All
In dieser Episode des DLR_School_Lab TV könnt ihr an einer virtuellen Reise zur Internationalen Raumstation (ISS) teilnehmen und euch alle Module und Experimente anschauen. Danach geht es weiter auf den Mond und in Richtung des Mars und anderer Planeten. Viel Spaß!
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo über die Ausbildung zum/zur Astronaut*in
In dieser Episode des DLR_School_Lab TV zeigt euch Tobi, wie die Ausbildung zum/zur Astronaut*in abläuft und welche Prüfungen und Tests abgelegt werden müssen. Außerdem seht ihr einige Experimente zur Schwerelosigkeit und zum Vakuum und eine Liveschalte zur ISS. Viel Spaß!
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkOnline-Vortrag über Raketenantriebe und Exoplaneten
In diesem Vortrag von Professor Tolan im DLR_School_Lab erfahrt ihr, wie Raketen fliegen und nehmt teil an einer Reise zu fernen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Viel Spaß!
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Zum externen WeblinkTrainingseinheiten für eine Reise zum Mars
Diese kleinen Experimente und Spiele zeigen dir, wie sich Astronaut*innen auf einen Flug zum Mars vorbereiten und wie sie sich während des Fluges fit halten und auf die Aufgaben vorbereiten, die sie auf dem Mars erwarten. Viel Spaß beim Mitmachen!
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Zum externen WeblinkVorlesung zum Urknall und der Expansion des Universums von Harald Lesch
In diesem ersten Vortrag der Vortragsreihe "Kosmologisch" redet Professor Harald Lesch über die Ausdehnung des Universum, den Urknall und weitere kosmologische Phänomene. Viel Spaß beim Zuschauen und Staunen!
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Zum externen WeblinkBeschreibung des Kometen Halley
Geschichtliche Abriss zum Kometen Halley
Bahnmechanik (Aphel, Perihel, Umlaufgeschwindigkeit)
Sichtbarkeit
Geschichtliche Abriss zum Kometen Halley
Bahnmechanik (Aphel, Perihel, Umlaufgeschwindigkeit)
Sichtbarkeit
Sammlung interaktiver Experimente zur ionisierenden Strahlung
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.
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.
Video zur Kompressibilität von Gasen und Flüssigkeiten
Dieses Video zeigt den Unterschied in der Kompressibilität zwischen Gas und Flüssigkeit. Dazu werden Luft und Wasser in einer verschlossenen Spritze komprimiert. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zum externen WeblinkVideo der Brown'schen Bewegung von Farbpartikeln
Dieses Video zeigt die Brown'sche Bewegung von Farbpartikeln in einer Flüssigkeit. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zum externen WeblinkVideo der Brown'schen Bewegung mit einer Teilchenströmung
Dieses Video zeigt die Brown'sche Bewegung von Farbpartikeln und Milchfetttröpfchen, jeweils mit einem zusätzlichen Teilchenstrom in eine Richtung. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Wärmeströmung in Wasser
Dieses Video zeigt ein Experiment zur Darstellung des Wärmetransports in Wasser. Dabei wird in einer Röhre Wasser erwärmt, das dadurch aufsteigt und eine Rundströmung verursacht. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Sublimation von Trockeneis
Dieses Video zeigt die Sublimation von Trockeneis auf einer heißen Herdplatte. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkPodcastfolge über elektromagnetische Kraft
In dieser Podcastfolge von der Welt der Physik geht es um die elektromagnetische Kraft und ihre Rolle in unserem Alltag.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkPodcastfolge über schwache Wechselwirkung
In dieser Podcastfolge von der Welt der Physik geht es um die schwache Wechselwirkung und ihre Rolle im Universum.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkPodcastfolge über starke Wechselwirkung
In dieser Podcastfolge von der Welt der Physik geht es um die starke Wechselwirkung und ihre Funktion bei der Bindung von Protonen und Neutronen im Atomkern sowie zwischen ihnen selbst.
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