Verschiedene Modelle für das Licht Modell Lichtstrahl Modell Welle Modell Photon eignet sich zur Beschreibung des Wegs, den Licht zurücklegt. Keine Aussage zur Natur des Lichts eignet sich zur Erklärung von Beugung und Interferenz. Licht hat Wellencharakter. eignet sich zur Erklärung des Fotoeffekts. Licht hat Teilchencharakter.
Modelle für Quantenobjekte Wolken große Nachweiswahrscheinlichkeit kleine Nachweiswahrscheinlichkeit Wellenpakete Bewegungsrichtung Bewegungsrichtung Kleine Kügelchen Detektor
Ein Modell für Quantenobjekte Ein Quantenobjekt bewegt sich nach rechts und läuft dabei aus einander. Ein Quantenobjekt nähert sich einem Detektor und wird von diesem nachgewiesen. Zwei Teile des selben Quantenobjekts durchdringen sich und bilden Verdichtungen und Verdünnungen. 1 2 1 2 1 2 3 3 3
Interferenzfähigkeit von Quantenobjekten 1 2 A A B B 3 4 B A B A
Der Fotoeffekt E kin = e U in ev 2 1 E kin = h f W A E E } f = h f 0 1 2 3 4 5 6 Frequenz f in 10 14 Hz 1 W A Grenzfrequenz f G 2
Eigenzustände im Potenzialtopf x π Ψ 1 (x)~ sin ( L ) x 2 π Ψ 2 (x)~ sin ( L ) x 3 π Ψ 3 (x)~ sin ( L ) 0 L x 0 L x 0 L x [Ψ 1 (x)] 2 x π ~ [sin ( )] 2 L [Ψ 2 (x)] 2 ~ [sin ( )] 2 L [Ψ 3 (x)] 2 ~ [sin ( )] 2 L x 2 π x 3 π 0 L x 0 L x 0 L x
Orbitale im Coulombpotenzial n l = 0 l = 1 l = 2 1 m = 0 m = 0 m = 1 m = 1 m = 0 m = 1 m = 1 m = 2 m = 2 2 3
Entwicklung der Vorstellungen vom Atom 1902 Atommodell von J. J. Th o m s o n (Rosinenkuchen-Modell) 1911 Atommodell von Ernest Rutherford (Planetenmodell) 1913 Atommodell von Niels Bohr (Schalenmodell) + +
Quantenhafte Emission und Absorption von Licht Emission eines Photons Absorption eines Photons E 3 E 3 E 2 Photon E 2 Photon E 1 E 1 Ein Photon der Energie Ein Photon der Energie E 32 = E 3 E 2 wird von der Hülle abgegeben. E 32 = E 3 E 2 wird von der Hülle aufgenommen.
Gesetz des Kernzerfalls Die Anzahl der Ausgangskerne nimmt ab, die Anzahl der Folgekerne entsprechend zu. N Folgekerne Die Zeit, in der die Hälfte der vorhandenen radioaktiven Kerne zerfällt, wird als Halbwertszeit bezeichnet. N/2 N/4 t H Ausgangskerne 2 t H 3 t H 4 t H t Die Größe der Halbwertszeit kann sehr unterschiedlich sein: Radon-220 55,6 s Barium-127 2,55 min Natrium-22 2,6 a Uran-235 7,1 10 8 a
Eigenschaften radioaktiver Strahlung Art der Strahlung α-strahlung β-strahlung γ-strahlung Charakter der Strahlung doppelt positiv geladen Helium- Kerne bewegte Elektronen elektromagnetische Wellen kleiner Wellenlängen Kurz zeichen 4 2 He oder 4 2 α 0 1 e oder β γ Beispiel für Auftreten 226 Ra g 88 222 Rn + 88 2 4 α 214 Pb g 82 214 Bi + 0 e 83 1 208 Pb g 82 208 Pb + γ 82 Energie meist 8 13 10 13 J (5 8 MeV) meist 1 5 10 13 J (0,5 3 MeV) meist 0,5 4 10 13 J (0,3 2,5 MeV)
Eigenschaften radioaktiver Strahlung Art der Strahlung α-strahlung β-strahlung γ-strahlung klein mittel groß Das Verhältnis beträgt etwa 1 : 100 : 10 000. groß mittel klein Durchdringungsvermögen Ionisationsvermögen Ablenkbarkeit Das Verhältnis beträgt etwa 10 000 : 100 : 1. in elektrischen und magnetischen Feldern in elektrischen und magnetischen Feldern wird nicht abgelenkt
Energie aus dem Atom Bei einer Reihe von Kernumwandlungen wird Energie freigesetzt. Von praktischer Bedeutung sind zwei Prozesse. Kernspaltung Ein schwerer Atomkern (z. B. Urankern) wird in zwei mittelschwere Kerne aufgespalten. Dabei wird Energie freigesetzt. Beispiele: Kernkraftwerk, Atombombe Kernfusion Leichte Atomkerne (z. B. Wasserstoffkerne) verschmelzen zu einem schwereren Atomkern (z. B. zu einem Heliumkern). Dabei wird Energie freigesetzt. Beispiele: Energiefreisetzung in der Sonne, Wasserstoffbombe
Kernkraftwerke und kerntechnische Anlagen in der Bundesrepublik Deutschland Ahaus Stade Unterweser Emsland Lingen Niederaichbach Grundremmingen Hamm- Uentrop Jülich Grohnde Brunsbüttel Brokdorf Asse Konrad Würgassen Krümmel Gorleben Morsleben Greifswald Rheinsberg Rossendorf Druckwasserreaktor Siedewasserreaktor stillgelegtes Kernkraftwerk zentrales Zwischenlager Endlager im Bau/in Betrieb Großforschungseinrichtungen Mühlheim- Kärlich* Karlsruhe Biblis Neckarwestheim Kahl Grafenrheinfeld Philippsburg Obrigheim Mitterteich Isar *seit 1988 aus juristischen Gründen außer Betrieb
Kernkraftwerk mit Druckwasserreaktor Betonabschirmung Frischdampf Reaktorgefäß Wärmetauscher Turbine Generator Regelstäbe Moderator Vorwärmer Speisewasser Brennelement Pumpe Kondensator Pumpe Pumpe Kühlwasser Speisewasser Kühlturm