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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.
Energiezustände von Wasserstoff und verwandten Atomen
- Die Energiezustände des Wasserstoffatoms sind \({E_n} = - 13{,}6\,{\rm{eV}} \cdot \frac{1}{{{n^2}}}\;;\;n \in \left\{ {1\;;\;2\;;\;3 \;;\;...} \right\}\)
- Damit können auch die Wellenlängen \(\lambda\) der bei Wasserstoffübergängen möglichen Photonen berechnet werden.
- Die Energiezustände von Einelektronensystemen von Atomen mit der Kernladungszahl \(Z\) sind \({E_n} = - 13{,}6\,{\rm{eV}} \cdot \frac{Z^2}{{{n^2}}}\;;\;n \in \left\{ {1\;;\;2\;;\;3 \;;\;...} \right\}\)
- Die Energiezustände von RYDBERG-Zustände aller Atomarten entsprechen den einfachen Verhältnissen beim Wasserstoffatom.
- Die Energiezustände des Wasserstoffatoms sind \({E_n} = - 13{,}6\,{\rm{eV}} \cdot \frac{1}{{{n^2}}}\;;\;n \in \left\{ {1\;;\;2\;;\;3 \;;\;...} \right\}\)
- Damit können auch die Wellenlängen \(\lambda\) der bei Wasserstoffübergängen möglichen Photonen berechnet werden.
- Die Energiezustände von Einelektronensystemen von Atomen mit der Kernladungszahl \(Z\) sind \({E_n} = - 13{,}6\,{\rm{eV}} \cdot \frac{Z^2}{{{n^2}}}\;;\;n \in \left\{ {1\;;\;2\;;\;3 \;;\;...} \right\}\)
- Die Energiezustände von RYDBERG-Zustände aller Atomarten entsprechen den einfachen Verhältnissen beim Wasserstoffatom.
Erzeugung von RÖNTGEN-Strahlung
- In RÖNTGEN-Röhren werden Elektronen stark beschleunigt und treffen dann auf eine Anode aus Metall.
- Die Beschleunigungsspannungen betragen meist zwischen \(1\,\rm{kV}\) und \(100\,\rm{kV}\).
- Beim Abbremsen der Elektronen im Anodenmaterial entsteht RÖNTGEN-Strahlung (Bremsstrahlung und Charakteristische Strahlung) und Wärme.
- Die Wellenlänge von RÖNTGEN-Strahlung liegt etwa zwischen \(1\,\rm{nm}\) und \(1\,\rm{pm}\).
- In RÖNTGEN-Röhren werden Elektronen stark beschleunigt und treffen dann auf eine Anode aus Metall.
- Die Beschleunigungsspannungen betragen meist zwischen \(1\,\rm{kV}\) und \(100\,\rm{kV}\).
- Beim Abbremsen der Elektronen im Anodenmaterial entsteht RÖNTGEN-Strahlung (Bremsstrahlung und Charakteristische Strahlung) und Wärme.
- Die Wellenlänge von RÖNTGEN-Strahlung liegt etwa zwischen \(1\,\rm{nm}\) und \(1\,\rm{pm}\).
Helium-Neon-Laser
- Neon-Atome sind das laseraktive Medium
- Am Prozess sind vier Energieniveaus beteiligt - es ist ein "Vier-Niveau-System"
- Helium-Neon-Laser emittiert rotes Licht der Wellenlänge \(\lambda=633\,\rm{nm}\)
- Neon-Atome sind das laseraktive Medium
- Am Prozess sind vier Energieniveaus beteiligt - es ist ein "Vier-Niveau-System"
- Helium-Neon-Laser emittiert rotes Licht der Wellenlänge \(\lambda=633\,\rm{nm}\)
Exotische Atome
- Bei exotischen Atomen ist mindestens eines der beteiligten Teilchen kein gewöhnliches Atom-Bestandteil.
- Beispiele für exotische Atome sind Myonische Atome oder Antimaterie wie Antiwasserstoff.
- Bei exotischen Atomen ist mindestens eines der beteiligten Teilchen kein gewöhnliches Atom-Bestandteil.
- Beispiele für exotische Atome sind Myonische Atome oder Antimaterie wie Antiwasserstoff.
RYDBERG-Atome
- RYDBERG-Atome sind Atome in sehr hohen Anregungszuständen.
- Die Theorie von Bohr kann sehr gut auf RYDBERG-Atome angewendet werden.
- RYDBERG-Atome sind Atome in sehr hohen Anregungszuständen.
- Die Theorie von Bohr kann sehr gut auf RYDBERG-Atome angewendet werden.
Energiezustände im BOHRschen Atommodell
- Durch die Quantenbedingung von BOHR kann die Energie eines Atoms nur bestimmte Werte annehmen.
- Die Energie, um Wasserstoff aus dem Grundzustand heraus zu ionisieren beträgt \(13{,}6\,\rm{eV}\) (Ionisierungsenergie).
- Die Gesamtenergie eines Elektrons im Wasserstoffatom gilt \({E_{{\rm{ges}}{\rm{,n}}}} = - R_{\infty} \cdot h \cdot c \cdot \frac{1}{{{n^2}}}\), wobei \(R_{\infty}\) die Rydberg-Konstante ist.
- Durch die Quantenbedingung von BOHR kann die Energie eines Atoms nur bestimmte Werte annehmen.
- Die Energie, um Wasserstoff aus dem Grundzustand heraus zu ionisieren beträgt \(13{,}6\,\rm{eV}\) (Ionisierungsenergie).
- Die Gesamtenergie eines Elektrons im Wasserstoffatom gilt \({E_{{\rm{ges}}{\rm{,n}}}} = - R_{\infty} \cdot h \cdot c \cdot \frac{1}{{{n^2}}}\), wobei \(R_{\infty}\) die Rydberg-Konstante ist.
Geschwindigkeitsaddition
- Ist \(u\) die Geschwindigkeit eines Körpers im System S und \(v\) die Geschwindigkeit des Systems S' in Bezug auf S und \(u'\) die Geschwindigkeit des Körpers im System S', dann gilt der Zusammenhang \(u = \frac{{u' + v}}{{1 + \frac{{u' \cdot v}}{{{c^2}}}}}\).
- Ist \(u\) die Geschwindigkeit eines Körpers im System S und \(v\) die Geschwindigkeit des Systems S' in Bezug auf S und \(u'\) die Geschwindigkeit des Körpers im System S', dann gilt der Zusammenhang \(u = \frac{{u' + v}}{{1 + \frac{{u' \cdot v}}{{{c^2}}}}}\).
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.
Quantenmechanische 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 \(10^{-10}\,\rm{m}\).
Kurze Einführung in die Geschichte des Maßes
Prof. André Bresges, Professor für Physik an der Universität Köln, gibt einen kurzen Einblick in die Geschichte des Maßes in der katholischen Kirche und leitet einen kleinen Selbstversuch zum Thema Messen in der Physik an.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zu den Chladnischen Klangfiguren
Dieses Video zeigt Chladnische Klangfiguren, die bei der Anregung einer mit Sand bestreuten Metallplatte durch einen Geigenbogen entstehen. 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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Zur Übersicht 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 WeblinkEine 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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Zur Übersicht 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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Zur Übersicht 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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Zur Übersicht 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 zum Franck-Hertz-Versuch
In dieser Sammlung an interaktiven Bildschirmexperimenten (IBE) könnt ihr den Franck-Hertz-Versuch selbst und interaktiv durchführen. In verschiedenen Experimenten und Messaufbauten könnt ihr von zuhause den Versuch sowohl mit Quecksilber als auch mit Neon durchführen und auswerten.
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.
In dieser Sammlung an interaktiven Bildschirmexperimenten (IBE) könnt ihr den Franck-Hertz-Versuch selbst und interaktiv durchführen. In verschiedenen Experimenten und Messaufbauten könnt ihr von zuhause den Versuch sowohl mit Quecksilber als auch mit Neon durchführen und auswerten.
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.
Sammlung interaktiver Experimente zur Röntgenstrahlung
Diese Sammlung an interaktiven Bildschirmexperimenten (IBE) behandelt das Thema der Röntgenstrahlung. Ihr lernt den Aufbau und die Funktionsweise eines Röntgengeräts kennen, untersucht das Modellexperiment der Bragg-Reflexion und könnt zentrale Experimente, wie die Bestimmung der Planckkonstante mit dem Röntgengerät interaktiv durchführen.
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) behandelt das Thema der Röntgenstrahlung. Ihr lernt den Aufbau und die Funktionsweise eines Röntgengeräts kennen, untersucht das Modellexperiment der Bragg-Reflexion und könnt zentrale Experimente, wie die Bestimmung der Planckkonstante mit dem Röntgengerät interaktiv durchführen.
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Video zum Linienspektrum von Argon
Dieses Video zeigt ein Experiment zur Beobachtung des Linienspektrums einer Argon-Gasentladungslampe. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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