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Video aus einer Nebelkammer

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Das Video zeigt Aufnahmen aus einer Diffusionsnebelkammer. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.

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Zerfallsgesetz, Zerfallskonstante und Halbwertszeit

Grundwissen

  • Für den Bestand \(N\) der zum Zeitpunkt \(t\) noch nicht zerfallenden Atomkerne gilt \(N(t) = {N_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}}\) mit der Zerfallskonstanten \(\lambda\).
  • Für die Aktivität \(A\) zum Zeitpunkt \(t\) gilt \(A(t) = {A_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}} = \lambda  \cdot {N_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}}\).
  • Die Halbwertszeit \(T_{1/2}\) ist die Zeitspanne, in der sich die Anzahl der nicht zerfallenen Atomkerne eines radioaktiven Präparats halbiert.
  • Zwischen der Zerfallskonstanten \(\lambda\) und der Halbwertszeit \({T_{1/2}}\) besteht der Zusammenhang \(\lambda  = \frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{{T_{1/2}}}}\).

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Grundwissen

  • Für den Bestand \(N\) der zum Zeitpunkt \(t\) noch nicht zerfallenden Atomkerne gilt \(N(t) = {N_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}}\) mit der Zerfallskonstanten \(\lambda\).
  • Für die Aktivität \(A\) zum Zeitpunkt \(t\) gilt \(A(t) = {A_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}} = \lambda  \cdot {N_0} \cdot {e^{ - \lambda  \cdot t}}\).
  • Die Halbwertszeit \(T_{1/2}\) ist die Zeitspanne, in der sich die Anzahl der nicht zerfallenen Atomkerne eines radioaktiven Präparats halbiert.
  • Zwischen der Zerfallskonstanten \(\lambda\) und der Halbwertszeit \({T_{1/2}}\) besteht der Zusammenhang \(\lambda  = \frac{{\ln \left( 2 \right)}}{{{T_{1/2}}}}\).

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Auswerten von Zerfallskurven

Grundwissen

  • Aus Messwerten vom Zerfall eines radioaktiven Präparates kannst du mit verschiedenen Methoden z.B. die Anfangsaktivität \(A_0\), die Zerfallskonstante \(\lambda\) und die Halbwertszeit \(T_{1/2}\) bestimmen.
  • Welche Methode du wählst hängt von der Aufgabenstellung und den vorhandenen technischen Hilfsmitteln wie GTR oder Tabellenkalkulation ab.

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Grundwissen

  • Aus Messwerten vom Zerfall eines radioaktiven Präparates kannst du mit verschiedenen Methoden z.B. die Anfangsaktivität \(A_0\), die Zerfallskonstante \(\lambda\) und die Halbwertszeit \(T_{1/2}\) bestimmen.
  • Welche Methode du wählst hängt von der Aufgabenstellung und den vorhandenen technischen Hilfsmitteln wie GTR oder Tabellenkalkulation ab.

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Aufbau von Atomkernen

Aufgabe ( Quiz )
Aufgabe ( Quiz )

Zerfallsgesetz - Formelumstellung

Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

a) Das Kobaltisotop Co-60 ist ein \(\beta^-\)-Strahler mit der Halbwertszeit \(5{,}3\,\rm{a}\). Ein…

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Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

a) Das Kobaltisotop Co-60 ist ein \(\beta^-\)-Strahler mit der Halbwertszeit \(5{,}3\,\rm{a}\). Ein…

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Zerfall des Kobaltisotiops Co-60

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Das Kobaltisotop Co-60 ist ein \(\beta^-\)-Strahler mit der Halbwertszeit \(5{,}3\,\rm{a}\). Ein radioaktives Präparat soll \(1{,}0\,\rm{\mu g}\)…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Das Kobaltisotop Co-60 ist ein \(\beta^-\)-Strahler mit der Halbwertszeit \(5{,}3\,\rm{a}\). Ein radioaktives Präparat soll \(1{,}0\,\rm{\mu g}\)…

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Zerfallsgesetz, Zerfallskonstante und Halbwertszeit

Aufgabe ( Quiz )
Aufgabe ( Quiz )

Auswerten von Absorptionskurven

Grundwissen

  • Aus Messwerten z.B. der Zählrate \(R\) ionisierender Strahlung hinter Absorbern kannst du mit verschiedenen Methoden z.B. die Zählrate \(R_0\) ohne Absorber, den Absorptionskoeffizienten \(\mu\) und die Halbwertsschichtdicke \(d_{1/2}\) bestimmen.
  • Welche Methode du wählst hängt von der Aufgabenstellung und den vorhandenen technischen Hilfsmitteln wie GTR oder Tabellenkalkulation ab.

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Grundwissen

  • Aus Messwerten z.B. der Zählrate \(R\) ionisierender Strahlung hinter Absorbern kannst du mit verschiedenen Methoden z.B. die Zählrate \(R_0\) ohne Absorber, den Absorptionskoeffizienten \(\mu\) und die Halbwertsschichtdicke \(d_{1/2}\) bestimmen.
  • Welche Methode du wählst hängt von der Aufgabenstellung und den vorhandenen technischen Hilfsmitteln wie GTR oder Tabellenkalkulation ab.

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Alpha-Zerfall von Polonium 210

Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Zerfallsschema von Po-210Polonium 210 (Po-210) ist ein radioaktives Poloniumisotop, das mit einer Halbwertszeit…

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Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Zerfallsschema von Po-210Polonium 210 (Po-210) ist ein radioaktives Poloniumisotop, das mit einer Halbwertszeit…

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Beta-Minus-Zerfall von Scandium 47

Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Zerfallsschema von Sc-47Scandium 47 (Sc-47) ist ein radioaktives Scandiumisotop, das mit einer Halbwertszeit von…

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Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Zerfallsschema von Sc-47Scandium 47 (Sc-47) ist ein radioaktives Scandiumisotop, das mit einer Halbwertszeit von…

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Beta-Plus-Zerfall von Natrium 22

Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Zerfallsschema von Na-22Natrium 22 (Na-22) ist ein radioaktives Natriumisotop, das mit einer Halbwertszeit von…

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Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Zerfallsschema von Na-22Natrium 22 (Na-22) ist ein radioaktives Natriumisotop, das mit einer Halbwertszeit von…

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EC-Prozess bei Kalium 40

Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 EC-Zerfallsschema von K-40Kalium 40 (K-40) ist ein radioaktives Kaliumisotop, das in \(10{,}72\%\) aller Fälle…

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Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Joachim Herz Stiftung Abb. 1 EC-Zerfallsschema von K-40Kalium 40 (K-40) ist ein radioaktives Kaliumisotop, das in \(10{,}72\%\) aller Fälle…

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Ionisierende Strahlung radioaktiver Stoffe

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Seit 2018 werden, orientiert am Kernlehrplan Physik für die gymnasiale Oberstufe und insbesondere an den dort hervorgehobenen Experimenten, digitale Unterstützungsmaterialien zum Lehren und Lernen im Physikunterricht konzipiert. Dabei werden fortlaufend in Zusammenarbeit mit einer Arbeitsgruppe bei QUA-LiS NRW und der Freien Universität Berlin interaktive Bildschirmexperimente (IBEs) entwickelt, welche in lehrplankonforme Lernumgebungen eingebettet sind.
Interaktive Bildschirmexperimente stellen eine Ergänzung zu den im Unterricht real durchgeführten Experimenten dar. Sie können und sollen den Mehrwert einer realen Versuchsdurchführung nicht ersetzen. Die Materialien sind durch Hilfen zu den Aufgaben auf der einen Seite und durch Exkurse und Vertiefungen auf der anderen Seite insbesondere auch für binnendifferenzierende Unterrichtsvorhaben besonders geeignet.

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Seit 2018 werden, orientiert am Kernlehrplan Physik für die gymnasiale Oberstufe und insbesondere an den dort hervorgehobenen Experimenten, digitale Unterstützungsmaterialien zum Lehren und Lernen im Physikunterricht konzipiert. Dabei werden fortlaufend in Zusammenarbeit mit einer Arbeitsgruppe bei QUA-LiS NRW und der Freien Universität Berlin interaktive Bildschirmexperimente (IBEs) entwickelt, welche in lehrplankonforme Lernumgebungen eingebettet sind.
Interaktive Bildschirmexperimente stellen eine Ergänzung zu den im Unterricht real durchgeführten Experimenten dar. Sie können und sollen den Mehrwert einer realen Versuchsdurchführung nicht ersetzen. Die Materialien sind durch Hilfen zu den Aufgaben auf der einen Seite und durch Exkurse und Vertiefungen auf der anderen Seite insbesondere auch für binnendifferenzierende Unterrichtsvorhaben besonders geeignet.

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Quiz zur Energiebilanz beim Alpha-Zerfall

Aufgabe ( Quiz )
Aufgabe ( Quiz )

Quiz zur Energiebilanz beim Beta-Minus-Zerfall

Aufgabe ( Quiz )
Aufgabe ( Quiz )

Quiz zur Energiebilanz beim Beta-Plus-Zerfall

Aufgabe ( Quiz )
Aufgabe ( Quiz )

Quiz zur Energiebilanz beim EC-Prozess

Aufgabe ( Quiz )
Aufgabe ( Quiz )

Zerfall des Kaons K-Null

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Die Kaonen - es gibt davon 4 Stück, das  \(\rm{K^o}\), das \(\rm{K^+}\), das \(\rm{K^-}\) und das \(\overline {\rm{K^o}}\) - wurden 1947 von George…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Die Kaonen - es gibt davon 4 Stück, das  \(\rm{K^o}\), das \(\rm{K^+}\), das \(\rm{K^-}\) und das \(\overline {\rm{K^o}}\) - wurden 1947 von George…

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Zerfall des Kaons K-Minus

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Die Kaonen - es gibt davon 4 Stück, das  \(\rm{K^o}\), das \(\rm{K^+}\), das \(\rm{K^-}\) und das \(\overline {\rm{K^o}}\) - wurden 1947 von George…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Die Kaonen - es gibt davon 4 Stück, das  \(\rm{K^o}\), das \(\rm{K^+}\), das \(\rm{K^-}\) und das \(\overline {\rm{K^o}}\) - wurden 1947 von George…

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Zerfall des Kaons K-Plus

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Die Kaonen - es gibt davon 4 Stück, das  \(\rm{K^o}\), das \(\rm{K^+}\), das \(\rm{K^-}\) und das \(\overline {\rm{K^o}}\) - wurden 1947 von George…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Die Kaonen - es gibt davon 4 Stück, das  \(\rm{K^o}\), das \(\rm{K^+}\), das \(\rm{K^-}\) und das \(\overline {\rm{K^o}}\) - wurden 1947 von George…

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Zerfall des Kaons Anti-K-Null

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Die Kaonen - es gibt davon 4 Stück, das  \(\rm{K^o}\), das \(\rm{K^+}\), das \(\rm{K^-}\) und das \(\overline {\rm{K^o}}\) - wurden 1947 von…

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Sammlung interaktiver Experimente zur ionisierenden Strahlung

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Diese Sammlung an interaktiven Bildschirmexperimenten (IBE) zeigt Experimente zur Beobachtung der drei Arten ionisierender Strahlung, und der Absorbtion der Strahlungen durch verschiedene Medien. Außerdem werden Wechselwirkungen der ionisierenden Strahlung mit Materie und deren Auswirkungen auf den menschlichen Organismus untersucht.
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.

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Diese Sammlung an interaktiven Bildschirmexperimenten (IBE) zeigt Experimente zur Beobachtung der drei Arten ionisierender Strahlung, und der Absorbtion der Strahlungen durch verschiedene Medien. Außerdem werden Wechselwirkungen der ionisierenden Strahlung mit Materie und deren Auswirkungen auf den menschlichen Organismus untersucht.
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.

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Radioaktiver Zerfall in logarithmischer Auftragung

Ausblick
Ausblick

Potentialtopfmodell (Fermi-Gas-Modell)

Grundwissen

  • Der Neutronentopf hat am Rand einen horizontalen Potentialverlauf mit Potential Null und einen scharf begrenzten Rand mit Einsetzen der Kernkraft.
  • Beim Protonentopf muss das Coulombpotential berücksichtigt werden, sodass das Potential am Rand positiv und nach außen mit \(\frac{1}{r}\) abfällt.
  • Der Boden des Neutronentopfes liegt energetisch bei ca. \(-46\,\rm{MeV}\), derjenige des Protonentopfes liegt etwas höher, da sich die Protonen im Kern gegenseitig abstoßen.

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Grundwissen

  • Der Neutronentopf hat am Rand einen horizontalen Potentialverlauf mit Potential Null und einen scharf begrenzten Rand mit Einsetzen der Kernkraft.
  • Beim Protonentopf muss das Coulombpotential berücksichtigt werden, sodass das Potential am Rand positiv und nach außen mit \(\frac{1}{r}\) abfällt.
  • Der Boden des Neutronentopfes liegt energetisch bei ca. \(-46\,\rm{MeV}\), derjenige des Protonentopfes liegt etwas höher, da sich die Protonen im Kern gegenseitig abstoßen.

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Altersbestimmung mit der Radiokarbonmethode (Abitur BY 2021 Ph 12-1 A2)

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Zur Altersbestimmung organischer Materialien eignet sich häufig die Radiokarbonmethode (\(^{14}\rm{C}\) - Methode). Das hierzu genutzte…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Zur Altersbestimmung organischer Materialien eignet sich häufig die Radiokarbonmethode (\(^{14}\rm{C}\) - Methode). Das hierzu genutzte…

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Radioaktive Substanzen im Tabakrauch (Abitur BY 2021 Ph 12-2 A2)

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Neben einer Vielzahl von toxischen chemischen Substanzen enthält Tabak auch radioaktive Stoffe, die beim Rauchen inkorporiert werden. Einen großen…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Neben einer Vielzahl von toxischen chemischen Substanzen enthält Tabak auch radioaktive Stoffe, die beim Rauchen inkorporiert werden. Einen großen…

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Podcastfolge über elektromagnetische Kraft

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In dieser Podcastfolge von der Welt der Physik geht es um die elektromagnetische Kraft und ihre Rolle in unserem Alltag.

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In dieser Podcastfolge von der Welt der Physik geht es um die elektromagnetische Kraft und ihre Rolle in unserem Alltag.

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Podcastfolge über schwache Wechselwirkung

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In dieser Podcastfolge von der Welt der Physik geht es um die schwache Wechselwirkung und ihre Rolle im Universum.

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In dieser Podcastfolge von der Welt der Physik geht es um die schwache Wechselwirkung und ihre Rolle im Universum.

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Podcastfolge über starke Wechselwirkung

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In dieser Podcastfolge von der Welt der Physik geht es um die starke Wechselwirkung und ihre Funktion bei der Bindung von Protonen und Neutronen im Atomkern sowie zwischen ihnen selbst.

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Podcastfolge über Gravitation

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In dieser Podcastfolge von der Welt der Physik geht es um die Gravitation. Es wird erklärt, warum es sich bei der Gravitation um die vermutlich mysteriöseste unter den vier fundamentalen Kräfte der Natur handelt.

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In dieser Podcastfolge von der Welt der Physik geht es um die Gravitation. Es wird erklärt, warum es sich bei der Gravitation um die vermutlich mysteriöseste unter den vier fundamentalen Kräfte der Natur handelt.

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