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Energie der Sonne

Grundwissen

  • Aufgrund der von ihre ausgehenden Strahlung verliert die Sonne pro Sekunde eine Masse von \(M=4{,}28\cdot 10^{9}\,\rm{kg}\).
  • Im Inneren der Sonne findet Kernfusion statt, nur so lässt sich ihre Lebensdauer erklären.

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  • Aufgrund der von ihre ausgehenden Strahlung verliert die Sonne pro Sekunde eine Masse von \(M=4{,}28\cdot 10^{9}\,\rm{kg}\).
  • Im Inneren der Sonne findet Kernfusion statt, nur so lässt sich ihre Lebensdauer erklären.

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Zweites KEPLERsches Gesetz

Grundwissen

  • Ein von der Sonne zum Planeten gezogener Fahrstrahl überstreicht in gleichen Zeiten gleich große Flächen.
  • Die Geschwindigkeit eines Planeten ändert sich auf seiner Bahn um die Sonne: im Perihel ist er am schnellsten, im Aphel am langsamsten.

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  • Ein von der Sonne zum Planeten gezogener Fahrstrahl überstreicht in gleichen Zeiten gleich große Flächen.
  • Die Geschwindigkeit eines Planeten ändert sich auf seiner Bahn um die Sonne: im Perihel ist er am schnellsten, im Aphel am langsamsten.

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Himmelskörper

Grundwissen

Sonne, Mond und Sterne - die Astronomie beschäftigt sich mit dem Weltraum, Himmelskörpern und deren Eigenschaften. Neben scheinbar unendlichen Weiten und allerlei spektakulären Phänomen wie schwarzen Löchern hält das All für PhysikerInnen einige Überraschungen bereit.
Hier erhältst du einen Überblick, über die wichtigsten Objekte im Weltall und ihre Besonderheiten.

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Sonne, Mond und Sterne - die Astronomie beschäftigt sich mit dem Weltraum, Himmelskörpern und deren Eigenschaften. Neben scheinbar unendlichen Weiten und allerlei spektakulären Phänomen wie schwarzen Löchern hält das All für PhysikerInnen einige Überraschungen bereit.
Hier erhältst du einen Überblick, über die wichtigsten Objekte im Weltall und ihre Besonderheiten.

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Jährliche Sternbewegung

Grundwissen

  • Nahe Fixsterne scheinen im Laufe eines Jahres bei der Beobachtung von der Erde aus vor dem weit entfernten Sternenhintergrund etwas zu wandern.
  • Ursache dafür ist, dass sich die Erde im Laufe eines Jahres einmal um die Sonne bewegt.
  • Mithilfe der beobachteten jährlichen Parallaxe \(p\) kann die Entfernung relativ naher Sterne (mit einfachen Teleskopen vom Erdboden bis ca. \(100 \rm{pc} = 326\,\rm{Lj}\)) berechnet werden. Mit speziellen Raumsonden (z.B. Gaia) erhöht sich die Reichweite erheblich.

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  • Nahe Fixsterne scheinen im Laufe eines Jahres bei der Beobachtung von der Erde aus vor dem weit entfernten Sternenhintergrund etwas zu wandern.
  • Ursache dafür ist, dass sich die Erde im Laufe eines Jahres einmal um die Sonne bewegt.
  • Mithilfe der beobachteten jährlichen Parallaxe \(p\) kann die Entfernung relativ naher Sterne (mit einfachen Teleskopen vom Erdboden bis ca. \(100 \rm{pc} = 326\,\rm{Lj}\)) berechnet werden. Mit speziellen Raumsonden (z.B. Gaia) erhöht sich die Reichweite erheblich.

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Entwicklung der Sonne

Grundwissen

  • Aktuell befindet sich die Sonne im Hauptreihenstadium und ist ein Gelber Zwerg.
  • Durch die Ständige Kernfusion im Inneren wandert die Sonne entlang der Hauptreihe im Hertzsprung-Russel-Diagramm.
  • In etwa 6 Milliarden Jahren wird die Sonne dann zu einem Roten Riesen bis sie schließlich als Weißer Zwerg endet.

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  • Aktuell befindet sich die Sonne im Hauptreihenstadium und ist ein Gelber Zwerg.
  • Durch die Ständige Kernfusion im Inneren wandert die Sonne entlang der Hauptreihe im Hertzsprung-Russel-Diagramm.
  • In etwa 6 Milliarden Jahren wird die Sonne dann zu einem Roten Riesen bis sie schließlich als Weißer Zwerg endet.

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Ausdehnung des Kosmos

Grundwissen

  • Das Universum als Ganzes dehnt sich gegenwärtig aus.
  • Dabei besteht ein Zusammenhang zwischen der Entfernung der Galaxien voneinander und ihrer "Fluchtgeschwindigkeit" voneinander.
  • Bei der Ausdehnung gibt es keinen ausgezeichneten Punkt, keinen Mittelpunkt.

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  • Das Universum als Ganzes dehnt sich gegenwärtig aus.
  • Dabei besteht ein Zusammenhang zwischen der Entfernung der Galaxien voneinander und ihrer "Fluchtgeschwindigkeit" voneinander.
  • Bei der Ausdehnung gibt es keinen ausgezeichneten Punkt, keinen Mittelpunkt.

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Aktivität eines Präparats

Grundwissen

  • Die Aktivität \(A\) einer radioaktiven Quelle gibt die Anzahl der Zerfälle \(\Delta N\) in der Quelle pro Zeitintervall \(\Delta t\) an.
  • Die Einheit der Aktivität ist Becquerel: \(\left[A\right]=1\,\rm{Bq}\)
  • Zur besseren Vergleichbarkeit wird häufig die spezifische Aktivität einer Probe angegeben, die das Verhältnis von Aktivität zur Masse der Probe beschreibt.

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  • Die Aktivität \(A\) einer radioaktiven Quelle gibt die Anzahl der Zerfälle \(\Delta N\) in der Quelle pro Zeitintervall \(\Delta t\) an.
  • Die Einheit der Aktivität ist Becquerel: \(\left[A\right]=1\,\rm{Bq}\)
  • Zur besseren Vergleichbarkeit wird häufig die spezifische Aktivität einer Probe angegeben, die das Verhältnis von Aktivität zur Masse der Probe beschreibt.

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Überblick über die Strahlungsarten

Grundwissen

  • Die drei Strahlungsarten unterscheiden sich in vielfältigen Eigenschaften
  • Aber jede der Strahlungsarten kann für den Menschen gefährlich sein

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  • Die drei Strahlungsarten unterscheiden sich in vielfältigen Eigenschaften
  • Aber jede der Strahlungsarten kann für den Menschen gefährlich sein

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Halbwertszeit

Grundwissen

  • Die Halbwertszeit \(T_{1/2}\) gibt an, nach welcher Zeitspanne sich die Anzahl der radioaktiven Ausgangskerne halbiert hat.
  • Nach einer Halbwertszeit hat sich auch entsprechend die Aktivität \(A\) einer Probe halbiert.
  • Die Halbwertszeiten variieren sehr stark zwischen verschiedenen Isotopen.
  • Es gilt: \(N(t) = {\left( {\frac{1}{2}} \right)^{\frac{t}{{{T_{1/2}}}}}} \cdot N(0)\)

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  • Die Halbwertszeit \(T_{1/2}\) gibt an, nach welcher Zeitspanne sich die Anzahl der radioaktiven Ausgangskerne halbiert hat.
  • Nach einer Halbwertszeit hat sich auch entsprechend die Aktivität \(A\) einer Probe halbiert.
  • Die Halbwertszeiten variieren sehr stark zwischen verschiedenen Isotopen.
  • Es gilt: \(N(t) = {\left( {\frac{1}{2}} \right)^{\frac{t}{{{T_{1/2}}}}}} \cdot N(0)\)

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Strahlenschutz

Grundwissen

Die 5 "A"s des Strahlenschutzes:

  • Abstand erhöhen!
  • Aufenthaltsdauer verkürzen!
  • Aktivität vermindern!
  • Abschirmung verstärken!
  • Aufnahme in den Körper vermeiden!

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Die 5 "A"s des Strahlenschutzes:

  • Abstand erhöhen!
  • Aufenthaltsdauer verkürzen!
  • Aktivität vermindern!
  • Abschirmung verstärken!
  • Aufnahme in den Körper vermeiden!

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Energiebilanz beim Alpha-Zerfall

Grundwissen

  • Beim Alpha-Zerfall emittiert der Mutterkern \(\rm{X}\) ein \(\alpha\)-Teilchen (\(\rm{He}\)-Kern). Die Ordnungszahl des Tochterkerns \(\rm{Y}\) ist um \(2\), die Massenzahl um \(4\) kleiner als die des Mutterkerns.
  • Die Reaktionsgleichung lautet \(_{Z}^{A}{\rm{X}}\to\;_{Z-2}^{A-4}{\rm{Y}} +\;_{2}^{4}{\rm{He }}\)
  • Der \(Q\)-Wert berechnet sich mit Atommassen durch \(Q = \left[ m_{\rm{A}}\left( \rm{X} \right)-m_{\rm{A}}\left( \rm{Y} \right)-m_{\rm{A}}\left(_{2}^{4}{\rm{He }} \right) \right] \cdot c^2\)

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  • Beim Alpha-Zerfall emittiert der Mutterkern \(\rm{X}\) ein \(\alpha\)-Teilchen (\(\rm{He}\)-Kern). Die Ordnungszahl des Tochterkerns \(\rm{Y}\) ist um \(2\), die Massenzahl um \(4\) kleiner als die des Mutterkerns.
  • Die Reaktionsgleichung lautet \(_{Z}^{A}{\rm{X}}\to\;_{Z-2}^{A-4}{\rm{Y}} +\;_{2}^{4}{\rm{He }}\)
  • Der \(Q\)-Wert berechnet sich mit Atommassen durch \(Q = \left[ m_{\rm{A}}\left( \rm{X} \right)-m_{\rm{A}}\left( \rm{Y} \right)-m_{\rm{A}}\left(_{2}^{4}{\rm{He }} \right) \right] \cdot c^2\)

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Energiebilanz beim Beta-Minus-Zerfall

Grundwissen

  • Beim Beta-Minus-Zerfall wandelt sich im Mutterkern \(\rm{X}\) ein Neutron in ein Proton um. Gleichzeitig wird ein \(\beta^-\)-Teilchen (Elektron) und ein Anti-Elektron-Neutrino \(\bar \nu_{\rm{e}}\) emittiert. Die Ordnungszahl des Tochterkerns \(\rm{Y}\) ist um \(1\) größer als die des Mutterkerns, die Massenzahl bleibt gleich.
  • Die Reaktionsgleichung lautet \(_Z^A{\rm{X}}\to\;_{Z+1}^A{\rm{Y}} +\;_{-1}^0{\rm{e^-}}+\;_0^0{\bar \nu_{\rm{e}}}\)
  • Der \(Q\)-Wert berechnet sich mit Atommassen durch \(Q=\left[ m_{\rm{A}}\left( \rm{X} \right)-m_{\rm{A}}\left( \rm{Y} \right)\right] \cdot c^2\)

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  • Beim Beta-Minus-Zerfall wandelt sich im Mutterkern \(\rm{X}\) ein Neutron in ein Proton um. Gleichzeitig wird ein \(\beta^-\)-Teilchen (Elektron) und ein Anti-Elektron-Neutrino \(\bar \nu_{\rm{e}}\) emittiert. Die Ordnungszahl des Tochterkerns \(\rm{Y}\) ist um \(1\) größer als die des Mutterkerns, die Massenzahl bleibt gleich.
  • Die Reaktionsgleichung lautet \(_Z^A{\rm{X}}\to\;_{Z+1}^A{\rm{Y}} +\;_{-1}^0{\rm{e^-}}+\;_0^0{\bar \nu_{\rm{e}}}\)
  • Der \(Q\)-Wert berechnet sich mit Atommassen durch \(Q=\left[ m_{\rm{A}}\left( \rm{X} \right)-m_{\rm{A}}\left( \rm{Y} \right)\right] \cdot c^2\)

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Aufbau der Sonne

Grundwissen

  • Der Kern der Sonne stellt einen Fusionsreaktor dar, der letztendlich für die abgestrahlte Energie verantwortlich ist.
  •  Im Inneren der Sonne wird die Energie zunächst durch Strahlung (Strahlenzone), dann durch Konvektion (Konvektionszone) transportiert.
  • In der Photosphäre entsteht der kontinuierliche Teil der Sonnenstrahlung.

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  • Der Kern der Sonne stellt einen Fusionsreaktor dar, der letztendlich für die abgestrahlte Energie verantwortlich ist.
  •  Im Inneren der Sonne wird die Energie zunächst durch Strahlung (Strahlenzone), dann durch Konvektion (Konvektionszone) transportiert.
  • In der Photosphäre entsteht der kontinuierliche Teil der Sonnenstrahlung.

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Kernspaltung

Grundwissen

  • Schwere Atomkerne (große Massenzahl \(A\)) können z. B. durch den Beschuss mit langsamen Neutronen in mehrere kleinere Atomkerne gespalten werden.
  • Bei der Spaltreaktion tritt ein Massendefekt auf: Die Gesamtmasse nach der Spaltung ist kleiner als die Gesamtmasse vor der Spaltung.
  • Mithilfe eines \(A\)-\(\frac{B}{A}\)-Diagramms kannst du grob abschätzen, wie viel Energie bei einer Kernspaltung frei wird.

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  • Schwere Atomkerne (große Massenzahl \(A\)) können z. B. durch den Beschuss mit langsamen Neutronen in mehrere kleinere Atomkerne gespalten werden.
  • Bei der Spaltreaktion tritt ein Massendefekt auf: Die Gesamtmasse nach der Spaltung ist kleiner als die Gesamtmasse vor der Spaltung.
  • Mithilfe eines \(A\)-\(\frac{B}{A}\)-Diagramms kannst du grob abschätzen, wie viel Energie bei einer Kernspaltung frei wird.

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Kernfusion

Grundwissen

  • Zwei leichte Atomkerne können zu einem größeren Kern fusioniert werden, insbesondere Deuterium und Tritium zu Helium.
  • Bei der Fusionsreaktion tritt ein Massendefekt auf: Die Gesamtmasse nach der Fusion sind kleiner als die Gesamtmasse vor der Fusion.
  • Mithilfe eines \(A\)-\(\frac{B}{A}\)-Diagramms kannst du grob abschätzen, wie viel Energie bei einer Kernfusion frei wird.

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  • Zwei leichte Atomkerne können zu einem größeren Kern fusioniert werden, insbesondere Deuterium und Tritium zu Helium.
  • Bei der Fusionsreaktion tritt ein Massendefekt auf: Die Gesamtmasse nach der Fusion sind kleiner als die Gesamtmasse vor der Fusion.
  • Mithilfe eines \(A\)-\(\frac{B}{A}\)-Diagramms kannst du grob abschätzen, wie viel Energie bei einer Kernfusion frei wird.

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Alphazerfall und Alphastrahlung

Grundwissen

  • Bei Alphastrahlung handelt es sich um eine Teilchenstrahlung aus Heliumatomkernen (zwei Protonen und zwei Neutronen).
  • Alphastrahlung hat eine geringe Reichweite und kann leicht abgeschirmt werden.
  • Alphastrahlung besitzt ein hohes Ionisierungsvermögen (ionisiert viele Teilchen in kleinem Raum).

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  • Bei Alphastrahlung handelt es sich um eine Teilchenstrahlung aus Heliumatomkernen (zwei Protonen und zwei Neutronen).
  • Alphastrahlung hat eine geringe Reichweite und kann leicht abgeschirmt werden.
  • Alphastrahlung besitzt ein hohes Ionisierungsvermögen (ionisiert viele Teilchen in kleinem Raum).

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Beta-Minus-Zerfall und Beta-Minus-Strahlung

Grundwissen

  • Bei Beta-Minus-Strahlung handelt es sich um eine Teilchenstrahlung aus Elektronen.
  • Bei einem Beta-Minus-Zerfall wandelt sich im Atomkern ein Neutron in ein Proton und ein Elektron (und ein Elektron-Antineutrino) um.
  • Beta-Minus-Strahlung kann durch dünne Metallplatten gut abgeschirmt werden.

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  • Bei Beta-Minus-Strahlung handelt es sich um eine Teilchenstrahlung aus Elektronen.
  • Bei einem Beta-Minus-Zerfall wandelt sich im Atomkern ein Neutron in ein Proton und ein Elektron (und ein Elektron-Antineutrino) um.
  • Beta-Minus-Strahlung kann durch dünne Metallplatten gut abgeschirmt werden.

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Gammaübergang und Gammastrahlung

Grundwissen

  • Bei Gammastrahlung handelt es sich um elektromagnetische Strahlung in Form von Gammaquanten.
  • Gammastrahlung entsteht, wenn ein Atomkern von angeregtem in einen energetisch günstigeren Zustand übergeht. Dabei ändern sich die Kennzahlen des Kerns nicht.
  • Gammastrahlung hat eine sehr große Reichweite, durchdringt alle Materialien und kann nur mit sehr dicken Bleischichten wirkungsvoll abgeschirmt werden.

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  • Bei Gammastrahlung handelt es sich um elektromagnetische Strahlung in Form von Gammaquanten.
  • Gammastrahlung entsteht, wenn ein Atomkern von angeregtem in einen energetisch günstigeren Zustand übergeht. Dabei ändern sich die Kennzahlen des Kerns nicht.
  • Gammastrahlung hat eine sehr große Reichweite, durchdringt alle Materialien und kann nur mit sehr dicken Bleischichten wirkungsvoll abgeschirmt werden.

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Ionisierung durch Strahlung

Grundwissen

  • \(\alpha\)-, \(\beta\)- und \(\gamma\)-Strahlung kann andere Teilchen ionisieren.
  • Das Ionisationsvermögen gibt an, wie viele Teilchen auf einer bestimmten Wegstrecke durch die Strahlung ionisiert werden.
  • Das Ionisationsvermögen von \(\alpha\)-Strahlung ist höher als das von \(\beta\)-Strahlung, das von \(\beta\)- höher als von \(\gamma\)-Strahlung.
  • Durch Ionisationsprozesse schädigt \(\alpha\)-, \(\beta\)- und \(\gamma\)-Strahlung Gewebezellen.

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  • \(\alpha\)-, \(\beta\)- und \(\gamma\)-Strahlung kann andere Teilchen ionisieren.
  • Das Ionisationsvermögen gibt an, wie viele Teilchen auf einer bestimmten Wegstrecke durch die Strahlung ionisiert werden.
  • Das Ionisationsvermögen von \(\alpha\)-Strahlung ist höher als das von \(\beta\)-Strahlung, das von \(\beta\)- höher als von \(\gamma\)-Strahlung.
  • Durch Ionisationsprozesse schädigt \(\alpha\)-, \(\beta\)- und \(\gamma\)-Strahlung Gewebezellen.

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Kopplungsparameter

Grundwissen

  • Der Kopplungsparameter bestimmt, wie stark und wie wahrscheinlich eine Wechselwirkung ist.
  • Für jede der vier fundamentalen Wechselwirkungen gibt es einen Kopplungsparameter \(\alpha\).
  • Der Kopplungsparameter der starken Wechselwirkung \(\alpha_{\rm{S}}\) hängt vom Abstand der Elementarteilchen ab und liegt im Bereich von \(0{,}1\) bis \(0{,}5\).
  • Der Kopplungsparameter der schwachen Wechselwirkung ist\({\alpha _{\rm{W}}} \approx \frac{1}{{30}}\) und der elektromagnetischen Wechselwirkung \({\alpha _{\rm{em}}} \approx \frac{1}{{137}}\).

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  • Der Kopplungsparameter bestimmt, wie stark und wie wahrscheinlich eine Wechselwirkung ist.
  • Für jede der vier fundamentalen Wechselwirkungen gibt es einen Kopplungsparameter \(\alpha\).
  • Der Kopplungsparameter der starken Wechselwirkung \(\alpha_{\rm{S}}\) hängt vom Abstand der Elementarteilchen ab und liegt im Bereich von \(0{,}1\) bis \(0{,}5\).
  • Der Kopplungsparameter der schwachen Wechselwirkung ist\({\alpha _{\rm{W}}} \approx \frac{1}{{30}}\) und der elektromagnetischen Wechselwirkung \({\alpha _{\rm{em}}} \approx \frac{1}{{137}}\).

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Botenteilchen

Grundwissen

  • Vermittler der starken Wechselwirkung sind 8 verschiedene Gluonen, die verschiedene Kombinationen an Farbladungen tragen.
  • Vermittler der schwachen Wechselwirkung sind \(W^+\)-, \(W^-\)- und \(Z\)-Bosonen, die eine sehr kurze Lebensdauer und eine sehr geringe Reichweite von ca. \(2\cdot 10^{-18}\,\rm{m}\) haben.
  • Photonen sind die Botenteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung, besitzen keinerlei Ladung und haben daher eine unendliche Reichweite.

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  • Vermittler der starken Wechselwirkung sind 8 verschiedene Gluonen, die verschiedene Kombinationen an Farbladungen tragen.
  • Vermittler der schwachen Wechselwirkung sind \(W^+\)-, \(W^-\)- und \(Z\)-Bosonen, die eine sehr kurze Lebensdauer und eine sehr geringe Reichweite von ca. \(2\cdot 10^{-18}\,\rm{m}\) haben.
  • Photonen sind die Botenteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung, besitzen keinerlei Ladung und haben daher eine unendliche Reichweite.

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Ladungen

Grundwissen

  • Ladungen sind fundamentale und unveränderliche Eigenschaften eines Teilchens, sie können nur bestimmte Werte annehmen (sind gequantelt), bleiben erhalten und bestimmen, ob ein Teilchen einer bestimmten Wechselwirkung unterliegt.
  • Es gibt sechs verschiedene Farbladungen: rot, grün, blau, anti-rot, anti-grün und anti-blau und die Einordnung der Elementarteilchen geschieht in einem zweidimensionalen Farbgitter.
  • Die schwache Ladung hat das Formelzeichen \(I\) und kann ganzzahlige Vielfache von \(\frac{1}{2}\) als Werte annehmen und in Vielteilchensystemen addieren sich die Ladungen der Elementarteilchen zahlenmäßig..
  •  Die Größe "elektrische Ladung" hat ganzzahlige Vielfache von \(\frac{1}{3}\) als Werte und in Vielteilchensystemen addieren sich die Ladungen der Elementarteilchen zahlenmäßig.

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  • Ladungen sind fundamentale und unveränderliche Eigenschaften eines Teilchens, sie können nur bestimmte Werte annehmen (sind gequantelt), bleiben erhalten und bestimmen, ob ein Teilchen einer bestimmten Wechselwirkung unterliegt.
  • Es gibt sechs verschiedene Farbladungen: rot, grün, blau, anti-rot, anti-grün und anti-blau und die Einordnung der Elementarteilchen geschieht in einem zweidimensionalen Farbgitter.
  • Die schwache Ladung hat das Formelzeichen \(I\) und kann ganzzahlige Vielfache von \(\frac{1}{2}\) als Werte annehmen und in Vielteilchensystemen addieren sich die Ladungen der Elementarteilchen zahlenmäßig..
  •  Die Größe "elektrische Ladung" hat ganzzahlige Vielfache von \(\frac{1}{3}\) als Werte und in Vielteilchensystemen addieren sich die Ladungen der Elementarteilchen zahlenmäßig.

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Geometrie der Ellipse

Grundwissen

  • Planetenbahnen können nach KEPLER sehr gut als Ellipsen beschrieben werden.
  • Ellipsen haben zwei Brennpunkte.
  • Wichtige Begriffe sind die große Halbachse \(a\), die kleine Halbachse \(b\) und die Exzentrizität \(\varepsilon\).

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  • Planetenbahnen können nach KEPLER sehr gut als Ellipsen beschrieben werden.
  • Ellipsen haben zwei Brennpunkte.
  • Wichtige Begriffe sind die große Halbachse \(a\), die kleine Halbachse \(b\) und die Exzentrizität \(\varepsilon\).

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Wechselwirkungen

Grundwissen

  • Die starke Wechselwirkung wird von der sog. Farbladung bestimmt und Botenteilchen der starken Wechselwirkung sind die Gluonen.
  • Der schwachen Wechselwirkung unterliegen nur Teilchen mit schwacher Ladung. Botenteilchen sind die W- und Z-Bosonen.
  • Der elektromagnetischen Wechselwirkung unterliegen nur geladene Teilchen. Botenteilchen ist das Photon.

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  • Die starke Wechselwirkung wird von der sog. Farbladung bestimmt und Botenteilchen der starken Wechselwirkung sind die Gluonen.
  • Der schwachen Wechselwirkung unterliegen nur Teilchen mit schwacher Ladung. Botenteilchen sind die W- und Z-Bosonen.
  • Der elektromagnetischen Wechselwirkung unterliegen nur geladene Teilchen. Botenteilchen ist das Photon.

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Starke Wechselwirkung

Grundwissen

  • Der starken Wechselwirkung unterliegen nur Teilchen, die eine Farbladung besitzen, also auf Quarks. Es gibt 6 verschiedene Farbladungen: rot, grün, blau, anti-rot, anti-grün und anti-blau.
  • Die Botenteilchen der starken Wechselwirkung sind die acht Gluonen. Diese tragen selbst unterschiedliche Farbladungen.
  • Es gibt keine freien Quarks, sie finden sich immer in Zweier- oder Dreiergruppen.

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  • Der starken Wechselwirkung unterliegen nur Teilchen, die eine Farbladung besitzen, also auf Quarks. Es gibt 6 verschiedene Farbladungen: rot, grün, blau, anti-rot, anti-grün und anti-blau.
  • Die Botenteilchen der starken Wechselwirkung sind die acht Gluonen. Diese tragen selbst unterschiedliche Farbladungen.
  • Es gibt keine freien Quarks, sie finden sich immer in Zweier- oder Dreiergruppen.

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Schwache Wechselwirkung

Grundwissen

  • Nur Teilchen mit einer von Null verschiedenen schwachen Ladung unterliegen der schwachen Wechselwirkung.
  • Die schwache Wechselwirkung wird durch Absorption und Emission von \(W^+\)-, \(W^-\), und \(Z\)-Bosonen vermittelt.
  • Alle Materieteilchen besitzen eine schwache Ladung von \(I=+\frac{1}{2}\) oder \(I=-\frac{1}{2}\). In ihrer Darstellung ist das Vorzeichen oft über die Ausrichtung der Spitze bzw. Rundung codiert.
  • Von den Botenteilchen haben nur die \(W\)-Bosonen eine schwache Ladung von \(I=\pm 1\).

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  • Nur Teilchen mit einer von Null verschiedenen schwachen Ladung unterliegen der schwachen Wechselwirkung.
  • Die schwache Wechselwirkung wird durch Absorption und Emission von \(W^+\)-, \(W^-\), und \(Z\)-Bosonen vermittelt.
  • Alle Materieteilchen besitzen eine schwache Ladung von \(I=+\frac{1}{2}\) oder \(I=-\frac{1}{2}\). In ihrer Darstellung ist das Vorzeichen oft über die Ausrichtung der Spitze bzw. Rundung codiert.
  • Von den Botenteilchen haben nur die \(W\)-Bosonen eine schwache Ladung von \(I=\pm 1\).

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Elektromagnetische Wechselwirkung

Grundwissen

  • Nur elektrische geladene Teilchen unterliegen der elektromagnetischen Wechselwirkung, die durch Absorption und Emission von Photonen vermittelt wird.
  • Die elektrische Ladung eines Elementarteilchens kann als Wert nur ganzzahlige Vielfache von \(\frac{1}{3}\) annehmen.
  • Die elektromagnetische Wechselwirkung hat eine unendlich große Reichweite, aber ihre Kraft nimmt quadratisch mit dem Abstand der elektrisch geladenen Teilchen ab.

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  • Nur elektrische geladene Teilchen unterliegen der elektromagnetischen Wechselwirkung, die durch Absorption und Emission von Photonen vermittelt wird.
  • Die elektrische Ladung eines Elementarteilchens kann als Wert nur ganzzahlige Vielfache von \(\frac{1}{3}\) annehmen.
  • Die elektromagnetische Wechselwirkung hat eine unendlich große Reichweite, aber ihre Kraft nimmt quadratisch mit dem Abstand der elektrisch geladenen Teilchen ab.

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Bewegung der Himmelskörper

Grundwissen

  • Die Himmelskörper ruhen nicht, sondern sie befinden sich in einer oder mehreren Drehbewegungen.

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  • Die Himmelskörper ruhen nicht, sondern sie befinden sich in einer oder mehreren Drehbewegungen.

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Absorptionsgesetz, Absorptionskoeffizient und Halbwertsschichtdicke

Grundwissen

  • Für die Zählrate \(R\) von ionisierender Strahlung hinter einem Absorber der Schichtdicke \(d\) gilt bei \(\gamma\)-Strahlung und oft auch bei \(\alpha\)- und \(\beta^-\)-Strahlung \(R(d) = {R_0} \cdot {e^{ - \mu  \cdot d}}\) mit dem Absorptionskoeffizienten \(\mu\).
  • Die Halbwertsschichtdicke \(d_{1/2}\) ist die Schichtdicke des Absorbers, hinter der sich die Zählrate \(R\) halbiert.
  • Zwischen der Absorptionskonstante \(\mu\) und der Halbwertsschichtdicke \({d_{1/2}}\) besteht der Zusammenhang \(\mu  = \frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{{d_{1/2}}}}\).

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  • Für die Zählrate \(R\) von ionisierender Strahlung hinter einem Absorber der Schichtdicke \(d\) gilt bei \(\gamma\)-Strahlung und oft auch bei \(\alpha\)- und \(\beta^-\)-Strahlung \(R(d) = {R_0} \cdot {e^{ - \mu  \cdot d}}\) mit dem Absorptionskoeffizienten \(\mu\).
  • Die Halbwertsschichtdicke \(d_{1/2}\) ist die Schichtdicke des Absorbers, hinter der sich die Zählrate \(R\) halbiert.
  • Zwischen der Absorptionskonstante \(\mu\) und der Halbwertsschichtdicke \({d_{1/2}}\) besteht der Zusammenhang \(\mu  = \frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{{d_{1/2}}}}\).

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Teilchenphysikaspekte in der klassischen Physik

Grundwissen

  • 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.

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  • 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.

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