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Suchergebnisse 31 - 52 von 52

Warum ist der Laser wichtig für uns?

Grundwissen

  • Laser kommen in verschiedensten Lebensbereichen zum Einsatz: von der Medizin, über die Datenübertragung im Internet bis hin zur Messwertgewinnung für die Wettervorhersage.

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  • Laser kommen in verschiedensten Lebensbereichen zum Einsatz: von der Medizin, über die Datenübertragung im Internet bis hin zur Messwertgewinnung für die Wettervorhersage.

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Bestandteile eines Lasers

Grundwissen

  • Laser habe drei zentrale Bestandteile: das Lasermedium, die Pumpe und den Resonator.
  • Die Pumpe bringt Energie ins System und sorgt für eine Besetzungsinversion im Lasermedium.
  • Der Resonator, eine Anordnung aus zwei parallelen Spiegeln, verstärkt den Laserstrahl und richtet ihn aus.

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  • Laser habe drei zentrale Bestandteile: das Lasermedium, die Pumpe und den Resonator.
  • Die Pumpe bringt Energie ins System und sorgt für eine Besetzungsinversion im Lasermedium.
  • Der Resonator, eine Anordnung aus zwei parallelen Spiegeln, verstärkt den Laserstrahl und richtet ihn aus.

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Stimulierte (induzierte) Emission

Grundwissen

  • Laser nutzen den Effekt der stimulierte (induzierten) Emission.
  • Dabei stimuliert ein Photon ein passend angeregtes Atom dazu, ein Photon zu emittieren.
  • Dieses Photon besitzt die gleiche Energie, die gleiche Schwingungsphase, die gleiche Bewegungsrichtung und die gleiche Polarisation wie das auslösende Photon.

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  • Laser nutzen den Effekt der stimulierte (induzierten) Emission.
  • Dabei stimuliert ein Photon ein passend angeregtes Atom dazu, ein Photon zu emittieren.
  • Dieses Photon besitzt die gleiche Energie, die gleiche Schwingungsphase, die gleiche Bewegungsrichtung und die gleiche Polarisation wie das auslösende Photon.

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Eigenschaften der Laserstrahlung

Grundwissen

  • Laserlicht ist monofrequent und linear polarisiert.
  • Laserlicht besitzt nur eine sehr geringe Divergenz, ein Laserbündel weitet sich also nur sehr wenig auf.
  • Mit Laserlicht können hohe Leistungsdichten im Fokus erreicht werden.

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  • Laserlicht ist monofrequent und linear polarisiert.
  • Laserlicht besitzt nur eine sehr geringe Divergenz, ein Laserbündel weitet sich also nur sehr wenig auf.
  • Mit Laserlicht können hohe Leistungsdichten im Fokus erreicht werden.

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Lasermedien

Grundwissen

  • In Lasermedien muss eine Besetzungsinversion erzeugt werden, dies ist bei Medien mit nur zwei Energiezuständen nicht möglich.
  • Lasermedien besitzen daher mehr als zwei Energiezustände.
  • Dabei ist ein angeregter Energiezustand, der nicht der höchste ist, metastabil, also langlebig. Eine Besetzungsinversion wird möglich.

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  • In Lasermedien muss eine Besetzungsinversion erzeugt werden, dies ist bei Medien mit nur zwei Energiezuständen nicht möglich.
  • Lasermedien besitzen daher mehr als zwei Energiezustände.
  • Dabei ist ein angeregter Energiezustand, der nicht der höchste ist, metastabil, also langlebig. Eine Besetzungsinversion wird möglich.

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Stromrichtige und Spannungsrichtige Messung

Grundwissen

  • Messgeräte können die genaue Messung von Größen beeinflussen.
  • Je nachdem, ob die die Stromstärke \(I\) oder die Spannung \(U\) besonders genau messen möchtest, musst du deine Messgeräte schalten.

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  • Messgeräte können die genaue Messung von Größen beeinflussen.
  • Je nachdem, ob die die Stromstärke \(I\) oder die Spannung \(U\) besonders genau messen möchtest, musst du deine Messgeräte schalten.

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p-n-Übergang - Halbleiterdiode

Grundwissen

 

Joachim Herz Stiftung
  • Halbleiterdioden bestehen aus zwei Schichten: einem p-Halbleiter und einem n-Halbleiter
  • Dioden besitzen eine Durchlassrichtung und eine Sperrrichtung
  • Liegt der Pluspol an der p-Schicht, so ist die Diode in Durchlassrichtung geschaltet

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Joachim Herz Stiftung
  • Halbleiterdioden bestehen aus zwei Schichten: einem p-Halbleiter und einem n-Halbleiter
  • Dioden besitzen eine Durchlassrichtung und eine Sperrrichtung
  • Liegt der Pluspol an der p-Schicht, so ist die Diode in Durchlassrichtung geschaltet

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Leuchtdioden (LED) - Einführung

Grundwissen

  • Leuchtdioden sind Halbleiterdioden, die Licht , Infrarotstrahlung oder Ultraviolettstrahlung aussenden.
  • LEDs müssen in Durchlassrichtung geschaltet werden, damit sie leuchten.
  • LEDs sind effiziente Lichtquellen mit geringem Energiebedarf.

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  • Leuchtdioden sind Halbleiterdioden, die Licht , Infrarotstrahlung oder Ultraviolettstrahlung aussenden.
  • LEDs müssen in Durchlassrichtung geschaltet werden, damit sie leuchten.
  • LEDs sind effiziente Lichtquellen mit geringem Energiebedarf.

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Streuversuch und Atommodell von RUTHERFORD

Grundwissen

  • Im RUTHERFORDschen Streuversuch wird eine dünne Metallfolie mit \(\alpha\)-Teilchen (positiv geladen) beschossen.
  • Entgegen den Erwartungen werden einige wenige \(\alpha\)-Teilchen von der Folie sogar zurückgestreut.
  • Das Modell von RUTHERFORD führt den sehr kleinen, positiv geladenen Atomkern ein, in dem fast die gesamte Masse des Atoms vereinigt ist.
  • Das Modell kann nicht erklären, warum die Elektronen nicht in den Kern stürzen und wie diskrete Spektrallinien zustande kommen.

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  • Im RUTHERFORDschen Streuversuch wird eine dünne Metallfolie mit \(\alpha\)-Teilchen (positiv geladen) beschossen.
  • Entgegen den Erwartungen werden einige wenige \(\alpha\)-Teilchen von der Folie sogar zurückgestreut.
  • Das Modell von RUTHERFORD führt den sehr kleinen, positiv geladenen Atomkern ein, in dem fast die gesamte Masse des Atoms vereinigt ist.
  • Das Modell kann nicht erklären, warum die Elektronen nicht in den Kern stürzen und wie diskrete Spektrallinien zustande kommen.

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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%.

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Energieaufnahme von Atomen durch (Resonanz-)Absorption von Photonen

Grundwissen

  • 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.

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  • 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.

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Energieaufnahme von Atomen durch Stoßanregung

Grundwissen

  • 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).

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  • 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).

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Energieabgabe von Atomen durch Emission von Photonen

Grundwissen

  • 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.

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  • 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.

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Energiezustände von Wasserstoff und verwandten Atomen

Grundwissen

  • 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.

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  • 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.

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Erzeugung von RÖNTGEN-Strahlung

Grundwissen

  • 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 \(1\,\rm{pm}\).

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  • 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 \(1\,\rm{pm}\).

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Helium-Neon-Laser

Grundwissen

  • 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 \(\lambda=633\,\rm{nm}\)

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  • 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 \(\lambda=633\,\rm{nm}\)

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Exotische Atome

Grundwissen

  • Bei exotischen Atomen ist mindestens eines der beteiligten Teilchen kein gewöhnliches Atom-Bestandteil.
  • Beispiele für exotische Atome sind Myonische Atome oder Antimaterie wie Antiwasserstoff.

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  • Bei exotischen Atomen ist mindestens eines der beteiligten Teilchen kein gewöhnliches Atom-Bestandteil.
  • Beispiele für exotische Atome sind Myonische Atome oder Antimaterie wie Antiwasserstoff.

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RYDBERG-Atome

Grundwissen

  • RYDBERG-Atome sind Atome in sehr hohen Anregungszuständen.
  • Die Theorie von Bohr kann sehr gut auf RYDBERG-Atome angewendet werden.

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  • RYDBERG-Atome sind Atome in sehr hohen Anregungszuständen.
  • Die Theorie von Bohr kann sehr gut auf RYDBERG-Atome angewendet werden.

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Energiezustände im BOHRschen Atommodell

Grundwissen

  • 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.

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  • 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.

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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 \(u = \frac{{u' + v}}{{1 + \frac{{u' \cdot v}}{{{c^2}}}}}\).

 

 

 

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  • 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 \(u = \frac{{u' + v}}{{1 + \frac{{u' \cdot v}}{{{c^2}}}}}\).

 

 

 

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Quantenmechanische Systematisierung des Periodensystems

Grundwissen

  • 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.

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  • 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.

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Atomdurchmesser aus dem Ölfleckversuch

Grundwissen

  • Beim Ölfleckversuch wird aus einer makroskopischen Beobachtung auf eine mikroskopische Eigenschaft geschlossen.
  • Der Durchmesser eines Atoms liegt in der Größenordnung von \(10^{-10}\,\rm{m}\).

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  • Beim Ölfleckversuch wird aus einer makroskopischen Beobachtung auf eine mikroskopische Eigenschaft geschlossen.
  • Der Durchmesser eines Atoms liegt in der Größenordnung von \(10^{-10}\,\rm{m}\).

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