Atomphysik für Studierende des Lehramtes

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1 Atomphysik für Studierende des Lehramtes Teil 5

2 Elektronenladung und Elektronenmasse elektrische Ladungen in magnetischen Feldern aus der Lorentz-Kraft (v x B) folgt eine Kreisbewegung der elektrischen Ladungen im magnetischen Feld F Lorentz = F z ev B e m e e m e m e v ( B r) 2U 2 r B 2 v r 2

3 Fadenstrahlrohr r = 4cm I Spule = 2A B = 1,44mT U = 295V e me 1, C kg Literaturwert: 1, C/kg und mit e ergibt sich die Masse m e = 9, kg

4 Ionisation von Atomen Erzeugung ionisierter Gase (Plasma) durch Stoßionisation q n i i n e Bereitstellung freier Atome im Plasmagenerator durch: Bereitstellung freier Elektronen durch: Bereitstellung der Ionisationsenergie durch: Einlassen eines Arbeitsgases Schmelzen und Verdampfen Sputtern von Feststoffen Glühemission Photoionisation Funkenentladung Beschleunigung der Elektronen HF-Heizung E x B-Drift

5 Plasmaparameter Debye - Länge D e 2 0kTe n (1 qkt e e / kt i Plasmafrequenz 2 pe 2 e n m 0 e e Wann ist ein Plasma ein Plasma? Anzahl der Partikel in der Debye-Kugel n D >> 1 Debye-Länge ist kleiner als die Ausdehnung des Plasmas D < L Zeitlängen sind größer als T > 2p/ pe Quasineutralität Peter Debye ( )

6 Erzeugung von freien Ladungsträgern Fremdionisation h 1. Generation 2. Generation Kathode Anode Beobachtung: Die Erzeugung von freien Ladungsträgern ist proportional zum Gasdruck und dem elektrischen Feld. e RGA 2e RGI RGI RGA e 2RGI

7 Oberhalb der Paschen - Kurven zündet eine Gasentladung Helium U / V Argon p d / Pa mm Wasserstoff Friedrich Paschen ( )

8 Experimente mit der Geißler Röhre a) Astonscher Dunkelraum b) Kathodenschicht Ionen (Kathodenaufprall) c) Hittorfscher Dunkelraum d) Glimmsaum e) negatives Glimmlicht f) Farradayscher Dunkelraum g) Scheitel der positiven Säule h) positive Säule i) anodisches Glimmlicht Anodendunkelraum Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus mit gezündeter Gasentladung

9 Welle-Teilchen-Dualismus h 1 mv 2 mit 2 p 2mE kin h p 2 h me kin (nicht relativistisch) Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie ( )

10 Elektronenmikroskop Beugung an Kristallen periodischen Strukturen.

11 Röntgenstrahlung. Wilhelm Conrad Röntgen 1901 erster Nobel-Preis für Physik ( )

12 Entstehung der Röntgenstrahlung Abbremsen von Elektronen kinetische Energie Röntgenstrahlung

13 Entstehung der Röntgenstrahlung Stoßionisation auslösen eines Elektrons aus der inneren Elektronenschale Auffüllen der Lücke durch ein Elektron der äußeren Schalen

14 Röntgenspektrum kontinuierliches Spektrum der Bremsstrahlung charakteristisches Linienspektrum Röntegenspektren für Wolfram Energieverteilung der Bremsstrahlung ist von der Elektronenenergie abhängig

15 Anwendung der Röntgenstrahlung Vorsicht vor ionisierender Strahlung!

16 Innere Struktur fester Materie

17 Innere Struktur fester Materie Gangunteschied dereinfallenden wellen 2d (AB und BC) d=d sin(h) 2d = n n=2d sin() William Lawrence Bragg ( ) jüngster Nobel-Preisträger für Physik

18 Innere Struktur fester Materie sin m m g g 1 = 0.1mm g 1 = 0.04mm

19 Beugung von Röntgenstrahlen Max von Laue ( ) 1914 Nobel-Preis für Physik

20 Röntgenfluoreszenz Bestimmung der Zusammensetzung verschiedener Stoffgemische

21 Teilchenensemble und kollektive Prozesse Thermisches Gleichgewicht Absorption und Emission von Energie a+e a*+e Stoßanregung a+e i+e+e Stoßionisation a+hv a* photonische Anregung a+hv i+e Photoionisation

22 Emission von Photonen spontane Emission stimulierte Emission

23 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 1. Optisches Medium; 2. Optische Pumpe (Blitzlampe) 3. und 4. Spiegel des optischen Resonators 5. LASER-Strahl

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