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Beugung und Interferenz von Elektronen an Kristallgittern
Grundwissen
- De BROGLIEs theoretische Überlegungen zur Wellennatur von Materie konnten 1927 von den amerikanischen Physikern Clinton Joseph DAVISSON und Lester Halbert GERMER sowie unabhängig davon vom englischen Physiker George Paget THOMSON durch die Elektronenbeugung an Kristallen bestätigt werden.
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- De BROGLIEs theoretische Überlegungen zur Wellennatur von Materie konnten 1927 von den amerikanischen Physikern Clinton Joseph DAVISSON und Lester Halbert GERMER sowie unabhängig davon vom englischen Physiker George Paget THOMSON durch die Elektronenbeugung an Kristallen bestätigt werden.
Beugung und Interferenz von Elektronen außerhalb von Materie
Grundwissen
- Die Wellennatur von Materie konnte zwischen 1955 und 1957 von MÖLLENSTEDT und seinen Schülern DÜKER und JÖNSSON auch beim Durchgang von Elektronen durch ein elektrisches Biprisma und sogar durch einen materiellen Doppelspalt bestätigt werden.
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- Die Wellennatur von Materie konnte zwischen 1955 und 1957 von MÖLLENSTEDT und seinen Schülern DÜKER und JÖNSSON auch beim Durchgang von Elektronen durch ein elektrisches Biprisma und sogar durch einen materiellen Doppelspalt bestätigt werden.
Silizium-Solarzellen
Grundwissen
- Klassische Silizium-Solarzellen bestehen aus einer n-dotierten und einer p-dotierten Schicht. Am Übergang bildet sich eine sog. Raumladungszone.
- Einfallendes Licht löst in dieser Raumladungszone Elektronen von Atomen (innerer Fotoeffekt).
- Der Wirkungsgrad von Solarzellen liegt aktuell bei 13% - 48%.
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- Klassische Silizium-Solarzellen bestehen aus einer n-dotierten und einer p-dotierten Schicht. Am Übergang bildet sich eine sog. Raumladungszone.
- Einfallendes Licht löst in dieser Raumladungszone Elektronen von Atomen (innerer Fotoeffekt).
- Der Wirkungsgrad von Solarzellen liegt aktuell bei 13% - 48%.
Geschwindigkeitsaddition
Grundwissen
- 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 \(u = \frac{{u' + v}}{{1 + \frac{{u' \cdot v}}{{{c^2}}}}}\).
Grundwissen
- 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 \(u = \frac{{u' + v}}{{1 + \frac{{u' \cdot v}}{{{c^2}}}}}\).
Wesenszug 1: Statistische Vorhersagbarkeit
Grundwissen
- 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.
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- 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
Grundwissen
- 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.
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- 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
Grundwissen
- 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.
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- 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
Grundwissen
- 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).
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- 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).
Elektronik
Einführung in die Elektronik
- Was sind eigentlich Halbleiter?
- Welche besonderen Eigenschaften haben Halbleiter?
- Warum werden Halbleiter dotiert?
- Wie funktioniert die Dotierung von Halbleitern technisch?
Themenbereich
Elektronik
Halbleiterdiode
- Woraus bestehen eigentlich Dioden?
- Welche besonderen Eigenschaften haben Dioden?
- Wie funktionieren Leuchtdioden?
- Warum benutzt man statt Glühbirnen heute Leuchtdioden?
Themenbereich
Elektronik
Transistor
- Wie ist ein Transistor aufgebaut?
- Können Transistoren Strom verstärken?
- Warum sind Transistoren heute so wichtig?
- Wo und wie werden Transistoren überall eingesetzt?
Themenbereich
Wärmelehre
Allgemeines Gasgesetz
- Warum transportieren Taucher Sauerstoff in Metallflaschen?
- Was geschieht, wenn man Luft immer weiter abkühlt?
- Warum benutzt man im Weltall Gasthermometer?
Themenbereich
Wärmelehre
Ausdehnung bei Erwärmung
- Wie funktioniert ein Heißluftballon?
- Wofür sind die Dehnungsfugen in Mauern?
- Warum darf man keine Wasserflaschen ins Eisfach legen?
- Wie überleben Fische eigentlich im Winter?
Themenbereich
Wärmelehre
Innere Energie - Wärmekapazität
- Was lässt sich leichter erwärmen, Wasser oder Blei?
- Warum ist es am Meer oft wärmer als im Landesinneren?
- Kann man Eisen mit einem Hammer zum Glühen bringen?
- Warum schwitzen wir eigentlich im Sommer?
Themenbereich
Wärmelehre
Kinetische Gastheorie
- Was geschieht eigentlich in einem Gas, das man erwärmt?
- Wie schnell bewegen sich die Teilchen in einem Gas?
- Wie funktioniert eine Lichtmühle?
Themenbereich
Wärmelehre
Temperatur und Teilchenmodell
- Wie entstand eigentlich die CELSIUS-Skala?
- Woher kennt man den absoluten Nullpunkt?
- Was geschieht in Körpern, wenn man sie erwärmt?
- Wie wird Wärme zwischen Körper übertragen?
Themenbereich
Wärmelehre
Wärmekraftmaschinen
- Wie funktioniert eigentlich eine Dampfmaschine?
- Was ist so besonders an einem WANKEL-Motor?
- OTTO- oder DIESEL-Motor?
- Was versteht man unter einem Wirkungsgrad?
Themenbereich
Wärmelehre
Wärmetransport
- Warum werden Häuser mit Schaumstoffen gedämmt?
- Wie bleiben Tiere im Winter warm?
- Wie kommt eigentlich die Wärme der Sonne zur Erde?
Themenbereich
Wärmelehre
Wetter und Klima
- Wie entstehen eigentlich Wolken?
- Was sind Hoch- und Tiefdruckgebiete?
- Wie kommt es zu einem Gewitter?
- Was ist der Treibhauseffekt?
Themenbereich
Wärmelehre
Deterministisches Chaos
- Was versteht man unter dem Kausalprinzip?
- Kann ein Schmetterling einen Wirbelsturm verursachen?
- Deterministisches Chaos – ist das nicht ein Widerspruch?
Themenbereich
Quantenphysik
Quantenobjekt Elektron
- Elektronen – mehr als Billardkugeln?
- Wie verhalten sich Elektronen an einem Doppelspalt?
- Wie groß ist die de BROGLIE-Wellenlänge?
- Was ist der Welle-Teilchen-Dualismus?
Themenbereich
Quantenphysik
Quantenobjekt Photon
- Wie überträgt Licht seine Energie?
- Was sind eigentlich Photonen?
- Licht – auch nicht mehr als Billardkugeln?
- Können Teilchen aus Strahlung entstehen?
Themenbereich
Relativitätstheorie
Erster Einblick
- Was versteht man unter einem Inertialsystem?
- Ist Licht im ganzen Universum immer gleich schnell?
- Warum gehen bewegte Uhren langsamer …
- … und warum sind bewegte Maßstäbe kürzer?
Themenbereich
Relativitätstheorie
Spezielle Relativitätstheorie
- Warum vergrößert sich die Masse bewegter Körper?
- Was versteht man unter der Ruheenergie eines Körpers?
- Wie kommt Einstein zu seiner berühmten Formel E=mc2?
Themenbereich
Quantenphysik
Wesenszüge Quantenphysik
Vier kurze, prägnante „Merksätze“ beschreiben die grundlegenden Züge der Quantenphysik qualitativ: Statistische Vorhersagbarkeit, Fähigkeit zur Interferenz, Eindeutige Messergebnisse und Komplementarität.
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