3. Physikschulaufgabe. - Lösungen -

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1 Realschule. Physikschulaufgabe Klasse I - Lösungen - hema: Aom- u. Kernphysik, Radioakiviä. Elekrisches Feld: Alphasrahlung: Sind (zweifach) posiiv geladene Heliumkerne. Sie werden im elekrischen Feld r negaiv geladenen Seie = Minuspol (Kahode) abgelenk. Beasrahlung: Sind (einfach) negaiv geladene Elekronen. Sie werden im elekrischen Feld r posiiv geladenen Seie = Pluspol (Anode) abgelenk. Gammasrahlung: Is eine elekrisch neurale, energiereiche Srahlung. Sie wird nich abgelenk.. Magnefeld: (Feldrichung aus der Blaebene herausgehend d.h. Nordpol = uner, Südpol = über dem Bla) (Feldrichung in die Blaebene hineingehend, d.h. Nordpol = über, Südpol is uner dem Bla) Erklärung siehe auch.; die Alpha- bzw. Beasrahlen werden im Magnefeld ensprechend der UV-Regel (der rechen oder der linken Hand) abgelenk. eil die Heliumkerne gegenüber den Elekronen sehr viel schwerer sind, is die Ablenkung von Alphasrahlen geringer als die von Beasrahlen. RP_L4 (5)

2 . Ein Zählrohr (z.b. nach Geiger-Müller) zähl auch dann Impulse, wenn sich keine radioakive Subsanz in der Nähe befinde. Diese Impulsrae, die durch erresrische oder kosmische Srahlung hervorgerufen wird, bezeichne man als Nulleffek. Der Nulleffek enseh z.b. durch aus der Erde aufseigendes radioakives Radon, ionisierende Srahlung aus dem elraum, naürliche Radioakiviä in Baumaerialien und im menschlichen Körper, Radioakiviä aus den Unfällen von schernobyl und Fukushima.4 Definiion der Halbwerszei: Es werden hier drei verschiedene Definiionen r Halbwerszei formulier. Die Halbwerszei is die Zei, nach der die Hälfe aller ursprünglich vorhandenen Aomkerne N zerfallen is ursprüngliche Akiviä A einer radioakiven Subsanz um die Hälfe rücegangen is. Hälfe einer ursprünglich vorhandenen radioakiven Masse m zerfallen is..5 Das Zerfallsgesez riff keine Aussage m Verhalen eines einzelnen Aoms, sondern es gil nur wenn die berachee Probe eine große Zahl von Aomen enhäl. enn die ursprüngliche Menge eines Radionuklids z.b. Milliarde Aome is, dann kann man zwar die Aussage machen, dass sich während der ersen Halbwerszei ca. 5 Millionen Aomkerne umwandeln. Um welche Kerne es sich handel, kann man jedoch nich vorhersagen..6 Kernreakionsgleichung von Rn-: Rn 6 Po 4 He Ensandenes Nuklid: Po 6 (Polonium).7 Anwendung der Zerfallsgleichung: N() N N() N N() log N N(), N lg, log log 56 s log, 56 s 56 s N N lg,5 7 s Nach ewa 7 Sekunden is von einem Rn- Präpara nur noch % der ursprünglichen Menge vorhanden; % sind zerfallen. N() N A() A m() m RP_L4 (5)

3 . Prinzipskizze des Geiger-Müller-Zählrohrs Haupbesandeile: : dünnes Fenser aus Glimmer oder Folie : Meallgehäuse : Drah / Meallsab 4: Edelgasfüllung und ionisiere eilchen 5: Impulszähler mi Lausprecher Ein mi Edelgas gefülles Meallrohr bilde die Kaode. Das Rohr is an einem Ende mi einer sehr dünnen Folie verschlossen, am anderen Ende häl ein Isolaor die in das Rohr ragende Anode (Drah). Zwischen Anode und Kaode lieg eine Gleichspannung von ca. 5 V an. Funkionsweise: - Radioakive (ionisierende) Srahlung, z.b. - Srahlung, ri in das Zählrohr ein. - Das Gas im Zählrohr wird ionisier, d.h. Hüllenelekronen des Edelgases werden von ihren Aomkernen gerenn. - Aufgrund der angelegen elekr. Spannung von ewa 5 V enseh ein sarkes elekrisches Feld. - Durch Soßionisaion werden lawinenarig weiere Elekronen freigesez; dies führ einem kurzzeiigen Sromsoß zwischen Anode und Kaode (Zählersromkreis) und dami einem Spannungssoß am idersand. - Diese Spannungsänderung wird elekronisch versärk. - Ein Zähler regisrier jeden Spannungsimpuls bzw. über einen Lausprecher werden die Impulse als Knacken oder Piepsen angezeig.. Beim Zerfall von Bismu Bi 5 Polonium Po 5 handel es sich um einen Zerfall Bi Po e Das Srahlungseilchen is ein Elekron aus dem Aomkern: Es enseh durch Umwandlung eines Neurons in ein Proon und ein Elekron: n p e RP_L4 (5)

4 hema: Energienung, Energieversorgung 4. Primärenergie seck in naürlich vorkommenden Energiequellen und is echnisch noch nich umgewandel / genuz worden. Primärenergieräger sind z. B. Kohle, Erdöl und Erdgas, Kernbrennsoffe (Uran), asserkraf, Sonnensrahlung, indkraf, Erdwärme, Gezeienenergie, Biomasse. Sekundärenergie wird aus der Primärenergie durch Umwandlung / Verarbeiung gewonnen. Sekundärenergieräger sind z. B. Benzin aus Erdöl, elekrischer Srom aus asserkraf, Biogas aus Biomasse, Kohlebrikes aus Braunkohle. Endenergie is die an den Verbraucher geliefere Energie. z.b. Heizöl im ank, Srom aus der Seckdose, Erdgas aus der Leiung oder Holzpelles im Speicher. Die Endenergie kann sowohl aus Primär als auch aus Sekundärenergierägern besehen. Nuzenergie is derjenige Aneil der Endenergie, welcher dem Verbraucher asächlich r Verfügung seh, z.b. in Form von warmem asser oder mechanischer Energie. Abgezogen sind hier Verluse, die bei der Umwandlung unvermeidlich sind; z. B. Srom für eine Glühlampe ärmeverlus, Benzin in einem Auomoor Reibungs- u. ärmeverluse. 4. Bei der Umwandlung von Primärenergie über Sekundärenergie bis r Nuzenergie reen ses Verluse auf z.b. Erdöl fördern Erdöl in einer Raffinerie Benzin verarbeien Benzin mi ankwagen r ankselle ransporieren Benzin im Auomoor verbrennen das Auo fähr auf der Sraße. 5. Zugeführe Energie irkungsgrad der (aus der Seinkohle): Sromerzeugung: mh 8 5,7 4,85 MJ 4,85,6 kh 4, kh MJ nuz,8 kh 4, kh,44 44% Umrechnung:, kh,6 MJ MJ kh,6 RP_L4 4 (5)

5 6. Durchschniliche Leisung des Krafwerks während eines Jahres: P el P 8 k P, M 6 kh 65 d4 h / d 6. Über den irkungsgrad der Anlage erhäl man die geführe Leisung des assers: P P 6, M P P,87 max max P 6, M Die in einer Sekunde geführe Energie (Arbei ) beräg Sie samm aus der poenziellen Energie des assers. po mgh 6 6, MJ 6, Nm m g h,8 N 7 m,8 N 7 m m asservolumen pro Sekunde: m V m V Vm m Bei maximaler Leisung srömen ewa 6. Sausee-asserkrafwerk Voreile: Umrechnung : J M MJ s s 6, MJ. m asser durch die beiden urbinen. Kein Aussoß (Emission) von Kohlendioxid enig Umwelbelasung durch Rücksände, Abfälle usw. Fas unerschöpfliche Primärenergie Nung durch Fremdenverkehr und Naherholung Hochwasser- bzw. asserregulierung möglich Nacheile: Eingriff in die Naur (Ökologie, Landschafsbild) Beim Bau evl. Umsiedlung von Menschen nowendig RP_L4 5 (5)

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