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Spektralanalyse (Abitur BY 2004 GK A2-2)
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 VersuchsaufbauMit dem skizzierten Versuchsaufbau soll das Spektrum einer Glühlampe untersucht werden. Der von der…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 VersuchsaufbauMit dem skizzierten Versuchsaufbau soll das Spektrum einer Glühlampe untersucht werden. Der von der…
Zur AufgabeKristallographie (Abitur BY 2009 LK A2-3)
Zur Bestimmung der Netzebenenabstände von Kristallen wird ein Kristallpulver mit monochromatischer Röntgenstrahlung der Wellenlänge \({37{\rm{pm}}}\)…
Zur AufgabeZur Bestimmung der Netzebenenabstände von Kristallen wird ein Kristallpulver mit monochromatischer Röntgenstrahlung der Wellenlänge \({37{\rm{pm}}}\)…
Zur AufgabeSichtbares Spektrum von atomarem Wasserstoff
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Energiestufen im atomaren WasserstoffDie nebenstehende Abbildung zeigt die Energiestufen im atomaren Wasserstoff.…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 Energiestufen im atomaren WasserstoffDie nebenstehende Abbildung zeigt die Energiestufen im atomaren Wasserstoff.…
Zur AufgabeSpektrallinien von einfach ionisiertem Helium
Ein einfach ionisiertes Heliumatom \({\rm{He}}^+\) wird zum Leuchten angeregt. Dabei kann man Photonen mit den Energien \(2{,}6\,\rm{eV}\),…
Zur AufgabeEin einfach ionisiertes Heliumatom \({\rm{He}}^+\) wird zum Leuchten angeregt. Dabei kann man Photonen mit den Energien \(2{,}6\,\rm{eV}\),…
Zur AufgabePlasmakugel (Abitur BY 2010 LK A3-2)
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Plasmakugel Joachim Herz Stiftung Abb.…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 Plasmakugel Joachim Herz Stiftung Abb.…
Zur AufgabeAnregung von Neon-Atomen (Abitur BY 2005 LK A3-2)
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze des ExperimentsZur experimentellen Bestimmung der Energiestufen von Neon wird ein FRANCK-HERTZ-Rohr mit…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze des ExperimentsZur experimentellen Bestimmung der Energiestufen von Neon wird ein FRANCK-HERTZ-Rohr mit…
Zur AufgabeFRANCK-HERTZ-Versuch (Abitur BY 2006 GK A3-1)
Im Jahr 1925 wurden die deutschen Physiker James FRANCK (1882 - 1964) und Gustav HERTZ (1887 - 1975) für ihre experimentellen Forschungen auf dem…
Zur AufgabeIm Jahr 1925 wurden die deutschen Physiker James FRANCK (1882 - 1964) und Gustav HERTZ (1887 - 1975) für ihre experimentellen Forschungen auf dem…
Zur Aufgabeh-Bestimmung mit RÖNTGEN-Strahlung (Abitur BY 2005 GK A3-3)
a) Unknown author, Public domain, via…
Zur Aufgabea) Unknown author, Public domain, via…
Zur AufgabeAbsorption und Emission von Na-Dampf (Abitur BY 1998 LK A3-3)
Durchstrahlt man Na-Dampf, dessen Atome sich im Grundzustand befinden, mit Glühlicht, so stellt man im Spektrum des durchgehenden Lichtes eine dunkle…
Zur AufgabeDurchstrahlt man Na-Dampf, dessen Atome sich im Grundzustand befinden, mit Glühlicht, so stellt man im Spektrum des durchgehenden Lichtes eine dunkle…
Zur AufgabePositronium-Atom (Abitur BY 2014 Ph12-2 A2)
Das Anti-Teilchen \(e^+\) zum Elektron heißt Positron. Als Positronen-Quelle für Experimente wird häufig der β+-Strahler \({}^{22}{\rm{Na}}\)…
Zur AufgabeDas Anti-Teilchen \(e^+\) zum Elektron heißt Positron. Als Positronen-Quelle für Experimente wird häufig der β+-Strahler \({}^{22}{\rm{Na}}\)…
Zur AufgabeRYDBERG-Atome (Abitur BY 2004 GK A3-2)
Atome, die sich in sehr hoch angeregten Zuständen befinden, werden als RYDBERG-Atome bezeichnet. Durch radioastronomische Beobachtungen wurden im…
Zur AufgabeAtome, die sich in sehr hoch angeregten Zuständen befinden, werden als RYDBERG-Atome bezeichnet. Durch radioastronomische Beobachtungen wurden im…
Zur AufgabeEindimensionaler Potentialtopf (Abitur BY 2007 GK A3-2)
Das Zustandekommen von diskreten Energieniveaus (charakterisiert durch die Quantenzahl n) für ein in der Atomhülle gebundenes Elektron kann am Modell…
Zur AufgabeDas Zustandekommen von diskreten Energieniveaus (charakterisiert durch die Quantenzahl n) für ein in der Atomhülle gebundenes Elektron kann am Modell…
Zur AufgabeBeta-Carotin (Abitur BY 2000 LK A3-2)
In dem organischen Molekül können sich 22 Elektronen praktisch frei entlang einer Kohlenwasserstoffkette bewegen, das Molekül aber nicht verlassen.…
Zur AufgabeIn dem organischen Molekül können sich 22 Elektronen praktisch frei entlang einer Kohlenwasserstoffkette bewegen, das Molekül aber nicht verlassen.…
Zur AufgabeHochleistungs-Rubinlaser
US gov, Public domain, via Wikimedia Commons, Beschriftungen von LEIFIphysik Abb. 1 RubinlaserWährend die kontinuierlich arbeitenden…
Zur AufgabeUS gov, Public domain, via Wikimedia Commons, Beschriftungen von LEIFIphysik Abb. 1 RubinlaserWährend die kontinuierlich arbeitenden…
Zur AufgabeKohlendioxid-Laser (Abitur BY 2011 LK A3-2)
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 EnergieniveauschemaUm bei einem mit Kohlendioxid (\(\rm{CO}_2\)) betriebenen Laser die \(\rm{CO}_2\)-Moleküle aus…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 EnergieniveauschemaUm bei einem mit Kohlendioxid (\(\rm{CO}_2\)) betriebenen Laser die \(\rm{CO}_2\)-Moleküle aus…
Zur AufgabeAnregung von Wasserstoff (Abitur BY 2002 GK A3-1)
Elektronen mit der kinetischen Energie \({E_{{\rm{kin}}}} = 10{,}0\,{\rm{eV}}\) treffen auf ein Gas aus Wasserstoffatomen, die sich zum größeren Teil…
Zur AufgabeElektronen mit der kinetischen Energie \({E_{{\rm{kin}}}} = 10{,}0\,{\rm{eV}}\) treffen auf ein Gas aus Wasserstoffatomen, die sich zum größeren Teil…
Zur AufgabeSpektren
- Untersucht man Licht mit Hilfe eines Spektralapparats, so erhält man ein sogenanntes Spektrum. Aus diesen Spektren kann man vielfältige Informationen über den Aufbau von Atomen gewinnen.
- Das Spektrum von Licht, das ein heißer Körper aussendet, bezeichnet man als Emissionsspektrum. Beim Spektrum einer Glühlampe gehen die einzelnen Farben fließend ineinander über. Man spricht von einem kontinuierlichen Emissionsspektrum. Das Spektrum eines heißen Gases dagegen besteht aus einzelnen, voneinander getrennten dünnen Linien. Man spricht von einem diskreten Emissionsspektrum (Linienspektrum).
- Das Spektrum von ursprünglich "weißem" Licht, das einen Gegenstand wie z.B. ein heißes Gas durchlaufen hat, bezeichnet man als Absorptionsspektrum. Absorptionsspektren sind durch dunkle Linien im kontinuierlichen Spektrum des "weißen" Lichts gekennzeichnet.
- Die Lage der Spektrallinien in einem Spektrum ist charakteristisch für das Atom bzw. Molekül.
- Untersucht man Licht mit Hilfe eines Spektralapparats, so erhält man ein sogenanntes Spektrum. Aus diesen Spektren kann man vielfältige Informationen über den Aufbau von Atomen gewinnen.
- Das Spektrum von Licht, das ein heißer Körper aussendet, bezeichnet man als Emissionsspektrum. Beim Spektrum einer Glühlampe gehen die einzelnen Farben fließend ineinander über. Man spricht von einem kontinuierlichen Emissionsspektrum. Das Spektrum eines heißen Gases dagegen besteht aus einzelnen, voneinander getrennten dünnen Linien. Man spricht von einem diskreten Emissionsspektrum (Linienspektrum).
- Das Spektrum von ursprünglich "weißem" Licht, das einen Gegenstand wie z.B. ein heißes Gas durchlaufen hat, bezeichnet man als Absorptionsspektrum. Absorptionsspektren sind durch dunkle Linien im kontinuierlichen Spektrum des "weißen" Lichts gekennzeichnet.
- Die Lage der Spektrallinien in einem Spektrum ist charakteristisch für das Atom bzw. Molekül.
Gesetz von MOSELEY
- Das Gesetz von MOSELEY beschreibt einen Zusammenhang zwischen der Wellenlänge der \(K_{\alpha}\)-Strahlung und der Ordnungszahl \(Z\) des Anodenmaterials.
- Das Gesetz von MOSELEY lautet \(\frac{1}{{{\lambda _{{K_{\alpha}}}}}} = {\left( {Z - 1} \right)^2} \cdot {R_\infty } \cdot \frac{3}{4}\)
- Das Gesetz von MOSELEY beschreibt einen Zusammenhang zwischen der Wellenlänge der \(K_{\alpha}\)-Strahlung und der Ordnungszahl \(Z\) des Anodenmaterials.
- Das Gesetz von MOSELEY lautet \(\frac{1}{{{\lambda _{{K_{\alpha}}}}}} = {\left( {Z - 1} \right)^2} \cdot {R_\infty } \cdot \frac{3}{4}\)
Bestimmung der AVOGADRO-Konstante durch RÖNTGEN-Spektroskopie
- Kennst du die Dichte, die Struktur und den Aufbau (Netzebenenabstand) eines Kristalls, so kannst du die AVOGADRO-Konstante bestimmen
- Den Netzebenenabstand eines Einkristalls bestimmt man mittels RÖNTGEN-Spektroskopie
- Die Elementarzelle eines einfachen kubischen Einkristalls ist ein Würfel. Jeder Elementarzelle wird hier genau ein Teilchen zugeordnet.
- Kennst du die Dichte, die Struktur und den Aufbau (Netzebenenabstand) eines Kristalls, so kannst du die AVOGADRO-Konstante bestimmen
- Den Netzebenenabstand eines Einkristalls bestimmt man mittels RÖNTGEN-Spektroskopie
- Die Elementarzelle eines einfachen kubischen Einkristalls ist ein Würfel. Jeder Elementarzelle wird hier genau ein Teilchen zugeordnet.
Atomare Größen
- Die absolute Atommasse \(m_{\rm{A}}\left(X\right)\) ist die Masse eines Atoms in \(\rm{kg}\).
- Die Atomare Masseneinheit u hat den Wert \(1{,}66054 \cdot {10^{ - 27}}\,\rm{kg}\).
- \(1\,\rm{mol}\) eines Stoffes besteht aus \(6{,}02214 \cdot {{10}^{23}}\) Einzelteilchen.
- Die AVOGADRO-Konstante \(N_A\) beträgt \(6{,}02214\cdot 10^{23}\,\rm{mol}^{-1}\).
- Die absolute Atommasse \(m_{\rm{A}}\left(X\right)\) ist die Masse eines Atoms in \(\rm{kg}\).
- Die Atomare Masseneinheit u hat den Wert \(1{,}66054 \cdot {10^{ - 27}}\,\rm{kg}\).
- \(1\,\rm{mol}\) eines Stoffes besteht aus \(6{,}02214 \cdot {{10}^{23}}\) Einzelteilchen.
- Die AVOGADRO-Konstante \(N_A\) beträgt \(6{,}02214\cdot 10^{23}\,\rm{mol}^{-1}\).
Atomaufbau
- Modelle über den Atomaufbau haben sich ständig weiterentwickelt.
- Ein Atom besteht aus einem sehr kleinen Atomkern und einer Hülle.
- Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. In der Atomhülle halten sich die Elektronen auf.
- Protonen und Neutronen bestehen wiederum jeweils aus drei Quarks.
- Modelle über den Atomaufbau haben sich ständig weiterentwickelt.
- Ein Atom besteht aus einem sehr kleinen Atomkern und einer Hülle.
- Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. In der Atomhülle halten sich die Elektronen auf.
- Protonen und Neutronen bestehen wiederum jeweils aus drei Quarks.
Charakteristische Strahlung
- Im kontinuierlichen RÖNTGEN-Spektrum können charakteristische Linien identifiziert werden, die sog. charakteristische Strahlung.
- Ursache sind Übergänge von Elektronen zwischen spezifischen energetischen Elektronenschalen (K-Schale, L-Schale, M-Schale,...).
- Die Kα-Linie ist in charakteristischen Spektren besonders stark ausgeprägt und die Lage der Linie im kontinuierlichen Spektrum stoffspezifisch.
- Im kontinuierlichen RÖNTGEN-Spektrum können charakteristische Linien identifiziert werden, die sog. charakteristische Strahlung.
- Ursache sind Übergänge von Elektronen zwischen spezifischen energetischen Elektronenschalen (K-Schale, L-Schale, M-Schale,...).
- Die Kα-Linie ist in charakteristischen Spektren besonders stark ausgeprägt und die Lage der Linie im kontinuierlichen Spektrum stoffspezifisch.
Energiezustände von Atomen
- Atome können nur Zustände mit ganz bestimmten, diskreten Energiezuständen annehmen.
- Entsprechend haben die von einem Atom ausgesendeten Photonen jeweils genau die Energie, die zwischen zwei solchen diskreten Energieniveaus des Atoms liegt.
- Um ein Atom anzuregen, benötigt es ebenfalls exakt einen solchen "passenden" Energiebetrag.
- Das Auftreten von Linienspektren kann durch diskrete Energieniveaus erklärt werden.
- Atome können nur Zustände mit ganz bestimmten, diskreten Energiezuständen annehmen.
- Entsprechend haben die von einem Atom ausgesendeten Photonen jeweils genau die Energie, die zwischen zwei solchen diskreten Energieniveaus des Atoms liegt.
- Um ein Atom anzuregen, benötigt es ebenfalls exakt einen solchen "passenden" Energiebetrag.
- Das Auftreten von Linienspektren kann durch diskrete Energieniveaus erklärt werden.
Klassische Röntgenaufnahmen
- Röntgenstrahlen bzw. Röntgenbilder sind in der Medizin wichtige Diagnosewerkzeuge.
- Dabei wird ausgenutzt, dass unterschiedliches Gewebe und Knochen die Röntgenstrahlung unterschiedlich stark absorbieren (schwächen).
- Moderne digitale Röntgengeräte senken die durch eine Röntgenaufnahme verursachte Strahlenbelastung stark.
- Röntgenstrahlen bzw. Röntgenbilder sind in der Medizin wichtige Diagnosewerkzeuge.
- Dabei wird ausgenutzt, dass unterschiedliches Gewebe und Knochen die Röntgenstrahlung unterschiedlich stark absorbieren (schwächen).
- Moderne digitale Röntgengeräte senken die durch eine Röntgenaufnahme verursachte Strahlenbelastung stark.
Wahrscheinlichkeitsverteilungen beim H-Atom
- Die Wahrscheinlichkeitsverteilung kann mit verschiedenen Darstellungsformen visualisiert werden.
- Die Wahrscheinlichkeitsverteilung kann mit verschiedenen Darstellungsformen visualisiert werden.
Bestandteile eines Lasers
- 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.
- 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.
Eigenschaften der Laserstrahlung
- 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.
- 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.
Lasermedien
- 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.
- 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.
Streuversuch und Atommodell von RUTHERFORD
- 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.
- 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.
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.