Kapitel Quantenphysik

Quantenphysik … 174

Q1. Die Quantentheorie … 174

Q1.1 Die Wärmestrahlung … 174

Q1.1.1 Strahlungsgesetz von Kirchhoff … 174

Q1.1.2 Das Stefan-Boltzmannsche Gesetz … 175

Q1.1.3 Das Plancksche Strahlungsgesetz … 176

Q1.2 Photonen … 177

Q1.2.1 Der Photoeffekt … 177

Q1.2.2 Die Röntgenstrahlung … 179

Q1.2.3 Die Erklärung des Photoeffekts … 180

Q1.2.4 Eigenschaften der Photonen … 182

Q1.2.5 Der Compton-Effekt … 182

Q1.2.6 Dualismus des Lichtes … 182

Q1.3 Materiewellen … 184

Q1.3.1 Allgemeiner Dualismus … 184

Q1.3.2 Experimentelle Bestätigung der Materiewelle … 184

Q1.3.3 Das Elektronenmikroskopn als technische Anw … 185

Q1.4 Ausbau der Quantenmechanik … 187

Q1.4.1 Die Schrödinger-Gleichung … 187

Q1.4.2 Die statistische Interpretation der Quanten … 187

Q1.4.3 Die Heisenbersche Unschärferelation … 187

Q1.4.4 Zusammenfassung … 189

Q2. Physik der Atomhülle … 190

Q2.1 Atommodelle … 190

Q2.1.1 Sinn von Atommodellen … 190

Q2.1.2 Erste Versuche … 190

Q2.1.3 Das Rutherfordsche Atommodell … 191

Q2.1.4 Energiestufen im Atom … 192

Q2.2 Das Bohrsche Atommodell … 195

Q2.2.1 Die Bohrschen Postulate … 195

Q2.2.2 Das Wasserstoffatom … 196

Q2.2.3 Die Grenzen des Bohrschen Atommodells … 197

Q2.3 Quantenmechanik der Atome … 197

Q2.3.1 Materiewellen im Atom … 197

Q2.3.2 Chemische Bindung … 200

Q2.3.3 Der Laser … 201

Q3. Kernphysik … 204

Q3.1 Aufbau der Atomkerne … 204

Q3.1.1 Grundlegende Eigenschaften … 204

Q3.1.2 Nuklide … 205

Q3.1.3 Die Kernkraft (Starke Wechselwirkung) … 206

Q3.1.4 Massendefekt und Bindungsenergie … 206

Q3.2 Natürliche Radioaktivität … 209

Q3.2.1 Strahlenarten … 209

Q3.2.2 Nachweismethoden … 211

Q3.2.3 Das Zerfallsgesetz … 213

Q3.2.4 Zerfallsreihen … 214

Q3.3 Kernreaktionen und künstliche Radioaktivität … 215

Q3.3.1 Kernumwandlungen … 215

Q3.3.2 Kernreaktionsgleichungen … 215

Q3.3.3 Die Entdeckung des Neutrons … 216

Q3.3.4 Die künstliche Radioaktivität … 217

Q3.3.5 Künstliche neue Elemente … 218

Q3.3.6 Übersicht über mögliche Kernreaktionen … 218

Q3.3.7 Anwendungen von Radionukliden … 218

Q3.4 Kernenergie … 220

Q3.4.1 Die Entdeckung der Kernspaltung … 220

Q3.4.2 Die Kettenreaktion … 221

Q3.4.3 Die Kernspaltungsbombe … 223

Q3.4.4 Die Kernspaltungsreaktoren … 224

Q3.4.5 Die Kernfusion … 227

Q3.5 Strahlenschutz … 230

Q3.5.1 Wechselwirkung von Strahlung mit Materie … 230

Q3.5.2 Strahlungsmessung (Strahlendosimetrie) … 233

Q3.5.3 Biologische Wirkung der Strahlung … 234

Q3.5.4 Strahlenbelastung der Menschheit, Schutzvor … 236

Q3.5.5 Probleme bei der Nutzung von Kernenergie … 237

Q4. Struktur der Materie … 241

Q4.1 Teilchenbeschleuniger … 241

Q4.1.1 Linearbeschleuniger … 241

Q4.1.2 Zirkularbeschleuniger … 242

Q4.1.3 Synchrotron … 242

Q4.2 Elementarteilchen … 243

Q4.2.1 Kräfte in der Natur … 244

Q4.2.2 Systematik der Elementarteilchen … 244

Q4.2.3 Quarks … 245

Q4.3 Die Kosmische Strahlung … 246

  • Wie groß sind Energie, Masse, Impuls der Röntgenphotonen, die   
  • Warum muss ein Schwarzer Körper mehr Energie ausstrahlen als   
  • Für welche Erfahrungsbereiche ist das "Harte-Kugel-Modell" für   
  • Durch welches Experiment kam Rutherford zur Aufstellung seines   
  • Wie groß wäre die Nullpunktsenergie von Elektronen im Atomkern?   
  • Welche Möglichkeiten gibt es, aus der Strahlung eines Körpers   
  • Worin bestand das Neuartige an Plancks Ableitung seines Strahlungsgesetzes?   
  • Ein als schwarzer Körper zu betrachtender Schmelzofen hat die   
  • Ein als schwarzer Körper zu betrachtender Schmelzofen hat die   
  • Ein als schwarzer Körper zu betrachtender Schmelzofen hat die   
  • Auf eine ideal reflektierende Fläche von 1 cm² wirkt eine Strahlung   
  • Was sind Antiteilchen?   
  • Wie viel Energie wird bei der „Zerstrahlung” eines Protons   
  • Welche Arten von Teilchenbeschleunigern gibt es?   
  • Welche fundamentalen Naturkräfte gibt es? Wodurch unterscheiden   
  • Wie können Elementarteilchen klassifiziert werden?   
  • Was sind Quarks?   
  • Woraus besteht die Materie?   
  • Was ist die kosmische Strahlung?   
  • Die folgende Kernreaktion ist zu ergänzen: `{::}_(\"  "7)^14"N"(alpha,"p")?`   
  • Die folgende Kernreaktion ist zu ergänzen: `{::}_(\28)^58"Ni"(alpha,"p")?`   
  • Die folgende Kernreaktion ist zu ergänzen: `?(alpha,"n"){::}_(\"  "6)^12"C"`   
  • Die folgende Kernreaktion ist zu ergänzen: `{::}_(\"  "5)^10"B"(?,alpha){::}_(\3)^7"Li"`   
  • Ein Elektron fliegt mit `10^5" m/s"` durch ein Loch vom Durchmesser   
  • Ein Geschoß (`m=50" g"`) fliegt mit 500 m/s durch ein kleines   
  • Zu einem Zeitpunkt wird der Ort eines Staubkornes (1 µg) mit   
  • Wie groß ist die de-Broglie-Wellenlänge eines Elektrons, nach   
  • Ein Elektron soll eine de-Broglie-Wellenlänge von 0,1 nm aufweisen.   
  • Warum konnte bisher kein Fusionskraftwerk realisiert werden?   
  • Ein radioaktives Nuklid hat eine Halbwertszeit von 10 Tagen.   
  • Warum gibt es auf der Erde radioaktive Elemente mit kleinen Halbwertszeiten?   
  • Wie funktionieren die wichtigsten Nachweisverfahren für radioaktive   
  • Welche Methoden ermöglichen eine Unterscheidung der verschiedenen   
  • Welche Probleme wirft der „Atommüll" auf?   
  • Was ist ein GAU? Was ist ein Super-GAU?   
  • Warum hat ein Kernkraftwerk einen hohen Schornstein?   
  • Wie groß sind ca. die natürliche und die künstliehe Strahlenbelastung?   
  • Was bedeuten die Begriffe „Inkorporation“, „Anreicherung“   
  • Welche biologischen Wirkungen hat radioaktive Strahlung?   
  • Welche Einheiten gibt es in der Strahlendosimetrie?   
  • Wie können Neutronen abgeschirmt werden?   
  • Welche Strahlenarten haben eine bestimmte Reichweite in einem   
  • Worin besteht die Wechselwirkung von Strahlung mit Materie?   
  • Was versteht man unter einem „Brüter"?   
  • Worin liegt die Bedeutung des Moderators in Kernreaktoren?   
  • Welche Wirkungen hat eine explodierende Atombombe?   
  • Was versteht man unter kritischer Masse?   
  • Was sind verzögerte Neutronen? Wofür sind sie wichtig?   
  • Wie unterscheiden sich U-235 und U-238 bezüglich der Kernspaltung?   
  • Was kann beim Beschuss eines Atomkerns mit einem energiereichen   
  • Nennen Sie die wichtigsten Anwendungen von Radionukliden!   
  • Welche prinzipiellen Umwandlungsmöglichkeiten gibt es für einen   
  • Wie gelang die erste Herstellung eines künstlichen Isotops?   

Alle Aufgaben zu diesem Kapitel …

  • Die Ausstrahlung der Sonne besitzt ein Maximum bei der Wellenlänge   
  • Die Sonne besitzt eine Leuchtkraft von 3,8·1026 W. Wie groß   
  • Wie groß ist das Verhältnis zwischen elektrostatischer Coulombkraft   
  • Der Massenschwächungskoeffizient von `beta`-Strahlen der Maximalenergie   
  • Die folgende Kernreaktion ist zu ergänzen: `{::}_(\13)^27"Al"(?,"p"){::}_(\14)^30"Si"`   
  • Die folgende Kernreaktion ist zu ergänzen: `{::}_(\3)^7"Li"("p",alpha)?`   
  • Die folgende Kernreaktion ist zu ergänzen: `?(alpha,"p"){::}_(\"  "8)^17"O"`   
  • Die folgende Kernreaktion ist zu ergänzen: `{::}_(\"  "6)^12"C"(?,"p"){::}_(\"  "6)^13"C"`   
  • Die folgende Kernreaktion ist zu ergänzen: `{::}_(\3)^6"Li"+{::}_(\0)^1"n"->{::}_(\2)^4"He"+?+4,6"`   
  • Die folgende Kernreaktion ist zu ergänzen: `{::}_(\1)^2"D"+{::}_(\1)^3"T"->{::}_(\2)^4"He"+?+17,6"`   
  • Wie viele Atome Rn-222 enthält der Raum aus Aufgabe 1333 nach   
  • U-238 hat eine Halbwertszeit von `4,5*10^9` Jahren. Wie viele   
  • Das Edelgas Radon Rn-222 ist ein α-Strahler mit der Halbwertszeit   
  • Beschreiben Sie die Strahlungsmessung am Lesliewürfel!   
  • Energiebilanz einer Kernspaltung `{::}_(\ 92)^238"U"+{::}_(\0)^1"n"`   
  • `{::}_(\ 93)^239"Np"` sendet beim Zerfall ein β-Teilchen aus.   
  • Nach der Kernreaktion `{::}_(\ 92)^238"U"(n,γ){::}_(\ 92)^239"U"` sendet   

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  • Der Schatten eines Atoms
  • Suche nach den kleinsten Teilchen
  • Urknall-Test: Startschuss für Teilchenbeschleuniger
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  • Rätsel um Polarlicht-Entstehung gelüftet
  • Mikroradiographie im Dienst des Segelsports
  • Quantenkryptographie ermöglicht sichere Kommunikation in Glasfasernetzen
  • Massenmarkt-taugliche Holo-Disks bis 2012
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  • Quantenhologramm verschiebt Grenze der Informationsdichte
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  • "Sehmaschine" für Blinde
  • Radioaktivität des Tabak
  • Der Ursprung aller Laserantriebe
  • Quantencomputer rücken näher
  • Medizinische Scans belasten wie ein Kernkraftwerk
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  • Reaktorunglück in Japan
  • Kollision von Neutronensternen
  • Der Wiener Beitrag zu `E=m c^2`
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