Lehrbuchaufgaben Strahlung aus der Atomhülle

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Max Neumann
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1 LB S. 89, Aufgabe 1 Die Masse lässt sich mithilfe eines Massenspektrografen bestimmen. Der Radius von Atomen kann z.b. aus einmolekularen Schichten (Ölfleckversuch) oder aus Strukturmodellen (dichtgepackte Atome) abgeschätzt werden. Folie: 1 von 15

2 LB S. 89, Aufgabe 2 a) siehe LB S b) siehe LB S Folie: 2 von 15

3 LB S. 89, Aufgabe 3 Anzuwenden sind das Gravitationsgesetz und das coulombsche Gesetz. Als Abstand zwischen Atomkern und Elektron wird der bohrsche Radius (r = 0, m) gesetzt. FGrav = 3, N FCoul = 8, N Die Gravitationkraft zwischen und Elektronen ist um viele Größenordnungen kleiner als die elektrische Kraft zwischen positiv geladenem Kern und negativ geladenem Elektron. Die Kräfte zwischen Ladungen sind für den Zusammenhalt der der Atome wesentlich entscheidender. Folie: 3 von 15

4 LB S. 89, Aufgabe 4 a) Bei geheizter Katode treten Elektronen aus ihrer Oberfläche aus, die eine gewisse kinetische Energie besitzen. Sie bewegen sich durch die Röhre bis zur Anode und fließen dort ab. b) Die maximale kinetische Energie der aus der Katode austretenden Elektronen beträgt 0,51 ev. Dann gilt: E kin = m/2 v 2 Die Umstellung nach v ergibt: v = 2 E kin m v = 1, m s Folie: 4 von 15

5 LB S. 89, Aufgabe 4 c) Mit zunehmender Spannung vergrößert sich die Stromstärke. b) siehe LB S. 83 e) Die angeregten Quecksilberatome geben diese Energie in Form von Strahlung an die Umgebung ab. Mit E = h f und f = c/l erhält man: E = h c/l und damit als Ausdruck für die Wellenlänge: Für E = 4,9 ev = 7, J erhält man: l = 255 nm. λ = h c E Es handelt sich bei dem ausgestrahlten Licht um ultraviolettes Licht. Dieses kann nachgewiesen werden. Folie: 5 von 15

6 LB S. 89, Aufgabe 5 a) Eine Ionisierungsenergie von 10,4 ev bedeutet: Bei Zufuhr dieser Energie zu einem Atom kann ein Elektron aus dem Grundzustand die Atomhülle verlassen. Aus dem Atom wird dann ein positiv geladenes Ion. Mit DE1,2 = 4,9 ev und DE 2,3 = 1,6 ev ergibt sich: λ = h c E 6, J s 3, m s λ 1,2 = 4,9 1, J λ = 253 nm 6, J s 3, m s λ 1,2 = 1,6 1, J λ = 776 nm Folie: 6 von 15

7 LB S. 89, Aufgabe 5 Eine Energie von 4,9 ev hat ein Photon einer Wellenlänge von 253 nm ultraviolettes Licht. Eine Energie von 1,6 ev hat ein Photon mit einer Wellenlänge von 776 nm infrarotes Licht. Folie: 7 von 15

8 LB S. 90, Aufgabe 6 a) Es handelt sich um ein kontinuierliches Emissionsspektrum (I), um ein Emissionslinienspektrum von Natrium (II) und ein Absorptionsspektrum von Natrium (III) b) Glühlampe Kontinuierliches Spektrum Natriumdampflampe Linienspektrum Folie: 8 von 15

9 Folie: 9 von 15 Lehrbuchaufgaben Strahlung LB S. 90, Aufgabe 7 a) b) Die Energie beim sichtbaren Licht liegt zwischen 1,55 ev und 3,3 ev. Sichtbares Licht wird demzufolge bei folgenden Übergängen abgegeben: E 2 E 1, E 3 E 1 Beim Übergang E 3 nach E 1 beträgt die Energie 2,6 ev. Die Farbe liegt im grünblauen Bereich. 13,6 12,8 12,1 10,2 0 E in ev E 3 E 2 E 1 E 0

10 LB S. 90, Aufgabe 8 a) Aus E = h f und c = l f folgt: E = h c λ 6, J s 3, m s E = 434, m E = 4, J = 2,9 ev b) Dem Energieniveau n = 5 kann eine Energie von 13,1 ev zugeordnet werden. Folie: 10 von 15

11 LB S. 90, Aufgabe 9 Entscheidend für das Laserlicht ist der Übergang von E 1 in den Grundzustand. Aus DE = h f und f = c/l folgt: DE = h c/l und damit λ = h c Δ E 6, J s 3, m s λ = 2, J λ = 6, m = 694 nm Rotes Licht Folie: 11 von 15

12 LB S. 90, Aufgabe 10 s = v t Mit v = km/s und t = 1, s erhält man: s = km/s 1, s s = 399 km Folie: 12 von 15

13 LB S. 90, Aufgabe 11 Laserlicht ist insbesondere wegen seiner hohen Energiedichte für das menschliche Auge gefährlich. Es kann leicht zu Verbrennungen auf der Netzhaut und damit zu irreparablen Augenschäden führen. Hinweis: In der Augenheilkunde wird Laserlicht genutzt, um z.b. sich ablösende Netzhaut an den Augenhintergrund anzuschweißen. Folie: 13 von 15

14 LB S. 90, Aufgabe 12 Anwendungsgebiete Materialbearbeitung Anwendungszweck Schneiden, Schweißen, Bohren, Fräsen,... Medizin Augenheilkunde Netzhautablösung Vermessungstechnik Eigenschaft Energiedichte Energiedichte Zahnmedizin Bohren Energiedichte Chirurgie Entfernungsmessung Schneiden Nähen Energiedichte Paralleles Licht Folie: 14 von 15

15 LB S. 90, Aufgabe 14 Dieser scheinbare Widerspruch löst sich, wenn man strahlungslos richtig interpretiert. Es bedeutet, dass die Energiedifferenz nicht als Photon emittiert oder absorbiert wird, sondern z.b. eine Erwärmung des Stoffs bewirkt. Der Energieerhaltungssatz ist uneingeschränkt gültig. Folie: 15 von 15

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