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Moderne Physik > Atomphysik > Flashcards

Atomphysik Flashcards

1
Q

Temperaturstrahlung

A

Senden alle Körper mit Temperatur oberhalb 0K aus.
Kontinuierliche Strahlung.
Unabhängig von Beschaffenheit, entsteht durch Schwingung von Ladungen im atomaren Bereich.

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2
Q

Schwarzkörperstrahlung

A

Schwarze Oberfläche absorbiert mehr Strahlung als helle.
Konzept: Absorption proportional zu Emission. Körper die am meisten absorbieren können auch am meisten emittieren.
Absorptionsgrad Epsilon
Reflexionsgrad 1 - Epsilon
Wenn Epsilon(f1) = 1 Körper ist schwarz für f1.
Wenn Epsilon(f)= 1 Körper ist Schwarzmann
Schwarzer Körper absorbiert Strahlung jeglicher Wellenlänge vollständig. Realer Körper reflektiert Teil
Intensitäsmaximum der schwarzkörperstrahlung ist temperaturabhängig

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3
Q

Bohrsches Atommodell

A
  1. Postulat: e- Bewegen sich auf diskreten Bahnen, ohne Strahlung zu emittieren.
  2. Postulat : zwischen stabilen Bahnen sind e- Übergänge möglich. Dabei absorbierte oder emittierte Energie entspricht Energiedifferenz zw. Energiezuständen.
    Energiedifferenz ist gequantelt, somit auch Drehimpuls L

DeltaE = E Ende - E Anfang

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4
Q

Coulombkraft

A

Anziehungskraft zw positiven und negativen Ladungsträgern
Zieht e- auf Bahnen Richtung Kern.
Entspricht im Atommodell zentripetalkrafz

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5
Q

Dispersion (Licht)

A

Elektromagnetische Wellen verschiedener Frequenz breitet sich verschieden schnell in flüssiger bzw. Fester Materie aus.
Dh. Licht verschiedener Frequenz wird verschieden von Prisma gebrochen

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6
Q

Licht als Welle

A

y = y0sin(kx - wt - phi)

y0 - Amplitude der Welle 
k - wellenzahl (räumliche Periodizität)
w - Kreisfrequenz (zeitliche)
w = 2Pi x f 
Lambda = 2pi / k
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7
Q

Übertragung von Energie auf dunkles material

A

Licht regt Elektronen zu Schwingungen an, geben durch Stöße kinetische Energie ab. Körper erwärmt sich

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8
Q

Erzeugung elektromagnetischer wellen

A

Durch beschleunigte Ladung

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9
Q

1 Hz

A

1/s

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10
Q

Schwarzer Strahler

A

Idealisierter Körper mit max. Absorptionsgrad und Emissionsgrad
Kontinuierliches Spektrum

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11
Q

1 eV

A

1,609 x 10^-19 J

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12
Q

Wärmestrahlung

A

Kontinuierlich
Elektromagnetische Strahlung
Licht. Aber nicht unbedingt sichtbares

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13
Q

Atommodell thomson

A

Atom besteht aus gleichmäßig verteilter positiv geladener Masse, darin frei bewegliche negativ geladenen Elektronen

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14
Q

Atommodell Rutherford

A

Sehr kleiner Atomkern r ca 10^ -15 m , Elektronen bewegen sich darum in Bahnen.

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15
Q

Von Thomson zu Rutherford Atommodell

A

Alpha Teilchen werden an Goldfolie mit Winkel über neunzig Grad zurück gestreut
Dh. Atomhülle fast leer.

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16
Q

U

A

1,661 x 10^-27 kg

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17
Q

Kosmische Mikrowellenstrahlung

A

Beleg für Urknalltheorie

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18
Q

Solarkonstante

A

Strahlungsintensität, die von der Sonne ohne Einfluss der Atmosphäre auf Erde trifft.

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19
Q

Wärmebildkamera

A

Quotientenpyrometer: berührungslose Temperaturmessung

Bildung des Verhältnis der Intensitäten bei zwei verschiedenen Wellenlängen

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20
Q

Welche Grundlage der klassischen Physik verletzt das Bohrsches Atommodell?

A

Beschleunigte Ladung strahlt Energie ab

Elektronen müssten in Kern stürzen

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21
Q

Annahmen Bohrsches Atommodell

A

1) 1. Postulat: es existieren bestimmte stationäre Zustände mit eindeutig definierter Energie, kreisende Elektronen emittieren aber nicht kontinuierlich strahlung
2) 2. Postulat: die Frequenz der emittiert oder absorbierten Strahlung ist durch die Differenz der Energien der beteiligten stationären Zustände gegeben.
3) Drehimpuls des Systems im stationären Zustand ist ganzes Vielfaches von h/2pi (h quer)
- > quantisierung des Drehimpuls

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22
Q

Nachweis Bohrsches Atommodell

A

Frank Hertz Versuch

Erkenntnisse: Energie gequantelt

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23
Q

Frank Hertz Versuch Ablauf

A
  • e- treten aus der Glühkathode aus, durch erhitzen
  • Gitter 1 ist gegenüber Kathode positiv geladen (hier liegt schon Spannung Ub an), e- werden in Richtung Anode gesaugt
  • e- werden durch Beschleunigungsspannung zwischen Gitter 1 und 2 zur Anode beschleunigt
  • zwischen Gitter 2 und Anode liegt Gegenspannung an, e- erreichen Anode nur, wenn sie Gegenspannung überwinden können
  • wenn e- von Kathode Anode erreichen, fließt Strom, dieser wird gemessen um zu ermitteln wie viele Elektronen die Anode erreicht haben
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24
Q

Photoeffekt Aufbau

A

Licht trifft auf Metallkanthose, Elektronen absorbieren Energie des Lichts und werden aus Metallplatte rausgelöst.
Bewegen sich zur Ringanode.
Durch angelegte Spannnung, kann Anodenstrom und somit Elektronen die herausgelöst würden gemessen werden.
Angelegte Gegenspannnung wird solange erhöht bis U = Ugrenz , Strom bei Ugrenz I = 0A
Es gilt Ekin = e x Ugrenz
-> so kinetische Energie der Elektronen ermitteln. Bei Ugrenz haben sie nicht mehr genug Ekin um Gegenspannung zu überwinden, also Strom gleich Null

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25
Welche Beobachtungen wären beim Photoeffekt erwartet, wenn Licht nur Wellen Eigenschaften hätte?
Kinetische Energie und Geschwindigkeit der Elektronen müsste abhängig sein von Intensität des Lichts Bei genügend hoher Intensität sollte Photoeffekt für alle Frequenzen zu beobachten sein
26
Beobachtungen Photoeffekt
1) MONOCHROMATISCHES LICHT Beleuchtungsintensität wird verdoppelt -> es verdoppelt sich der Photostrom aber nicht die kinetische Energie der Elektronen. (Ugrenz bleibt konstant, Ekin = e x Ugrenz) -> Ekin der Elektronen unabhängig von Beleihungsintensität -> Licht keine Welle, da bei höherer Intensität sonst Interferenz und höhere Ekin der Elektronen 2) KONSTANTE BELEUCHTUNGSINTENSITÄT Änderung der Frequenz: Licht höherer Frequenz erhöht die kinetische Energie der Elektronen und damit Ugrenz. Anodenstrom bleibt gleich.
27
Photoeffekt Austrittsarbeit
Ekin(e-) = e x Ugrenz = h x f - Wa = h(f-f(min)) Austrittsarbeit ist Energie die benötigt wird um Elektronen aus Metallplatte rauszulösen. Photoeffekt nur für mindestfrequenz.
28
Beweis für Licht als teilchen
Photoeffekt E(Photon) = h x v, also nur frequenzabhängig Compton Effekt
29
Compton Effekt, der Versuch
MONOCHROMATISCHES RÖNTGENLICHT Photon trifft auf Elektron in Atomhülle P und E WW, Elektron wird angeregt und absorbiert Teil der Energie des Photons. Sekundärphoton bzw Streustrahlung hat größere Wellenlänge als Primärphotons, durch Energieverlust Es gilt Impulserhaltungssatz
30
Compton Effekt: Wellenlänge der Sekundärstrahlung abhängig vom Streuwinkel
Je größer der Streuwinkel desto größer Wellenlänge des Sekundärphotons.
31
Beweis für Licht als Welle
Beugungs und Brechungsversuche zB am prisma, Vergleich Mikrowellen und Licht Zeigen gleiche Eigenschaften Doppelspalt Experiment nach Fraunhofer, analogue zu Elektronenbeugung
32
Elektronenbeugung
Doppelspalt Experiment, Nachweis Wellennatur des Elektrons Elektronen gleicher kinetischer Energie treffen auf doppelspalt, dahinter Leuchtschirm, trägt Leichtintensität auf. Man sieht Überlagerung von Wellenbergen (zw. Doppelspalt) -> Elektronen haben Wellenlänge und interferieren Leichtintensität abhängig von Elektronenstrom Beweis für Quantenmechanik und de Broglie Thèse
33
De Broglie
Elektronen und andere Teilchen mit Ruhemasse ungleich Null unterliegen auch Welle Teilchen Dualismus Der Broglie Wellenlänge überträgt Eigenschaften von Photonen (ohne Ruhemasse) auf Objekte mit Ruhemasse.
34
Röntgenstrahlung
Elektronen aus glühkathode zu Anode beschleunigt, durch Beschleunigungsspannung kinetische Energie der Elektronen wird an Anode in Photonen umgewandelt durch 1) abbremsung der Elektronen im Coulombfeld der Atome -> Entstehung von Bremsstrahlung 2) Anregung bzw. Ionisation der Atome in Anode-> charakteristische Strahlung Mit Beschleunigungsspannung steigt auch Intensität und Photonenenergie
35
Bremsstrahlung
Elektronen werden im Coulombfeld der Atomkerne der Anode abgebremst-> Energie erlust Elektronen können beliebige Energiebeträge verlieren -> kontinuierliche Bremsstrahlung
36
charakteristische Strahlung
Beschleunigte Elektronen Regen Elektronen in Anodenstrom an (übertragen ihre kinetische Energie) Elektronenübergang von zB. k Schale in höhere Anderes Elektron aus höherem Energieniveau fällt runter auf K Schale und emittiert Photonen -> K Linien Je höher Kernladungslazul des Anodenmaterials desto höher Frequenz bzw. Photonenenergie die beim Übergang emittiert wird , da Bindungsenergie Kern zu Elektronen größer
37
Unterschied zwischen Gasentladungslampe und Frank-Hertz-Röhre
Gasentladungslampe: Betrieb bei Hochspannungen -> Stoßionisation durch freie Elektronen Hertz: kleine Spannungen, keine Stoßionisation
38
Was beweist der Frank-Hertz Versuch?
Atome können nicht nur Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung aufnehmen, sondern auch durch Stöße mit anderen Teilchen. Dieser Energieübertrag ist ebenso quantisiert und somit ein Beweis für die Quantisierung der Bindungsenergien der Elektronen im Atom und damit auch eine Bestätigung des Bohrschen Atommodells
39
Frank-Hertz: | Wie groß muss die Geschwindigkeit eines Elektrons mindestens sein, damit ein Füllgas Atom angeregt werden kann?
mindestens der Energie eines charakteristischen Übergangs. Ekin größergleich e x Ub -> umstellen nach Geschwindigkeit
40
Vier Varianten, durch die Elektronen ein Material verlassen können
Glühemission: Überwindung der Austrittsarbeit mit Energie in Form von Hitze durch Stoß: wie char. Röntgenstrahlung Feldemission Photoelektrischer Effekt: elektromagnetische Strahlung überträgt Energie auf Elektronen
41
Wovon hängt Ugrenz beim Photoeffekt ab?
Kathodenmaterial, Wellenlänge/Frequenz des Lichts
42
Warum benutzt man Wolfram als Anode bei Röntgenstrahlen?
Schwerer Kern mit großer Kernladungszahl: hohe Bindungsenergie Kern Elektronen. Dh. Photon hoher Energie emittiert bei Übergängen auch: hohe Schmelztemp,
43
Laser Definition
Lichtquelle, die elektromagnetische Strahlung scharf begrenzter Frequenz, hoher Kohärenz und großer Intensität aussendet.
44
Hauptquantenzahl
n, Energie des beschriebenen Zustands
45
Nebenquantenzahl
l, Betrag des Bahndrehimpulses, Form des Orbitals
46
magnetische Quantenzahl
ml, Quantenzahl für z-Komponente des Bahndrehimpulses
47
Spinquantenzahl
s, Eigendrehimpuls des Elektrons
48
Pauli Prinzip
Elektronen in Orbitalen müssen sich in mindestens einer Quantenzahl unterscheiden
49
Welche 3 WW Prozesse zwischen Elektronen und Photonen im Laser?
Absorption, Emission, induzierte Emission
50
Warum ist ein Zwei Niveau Laser System nicht möglich?
Besetzungsinversion kann nicht hergestellt werden. | Emission und Absorption befinden sich im GGW, maximale N1/No=1
51
Vorteile Vier Niveau System ggü. 3NS
bei 3NS muss unteres Lasernieveau (GZ) durch Pumpen entvölkert werden. Bei 4NS ist unteres Laserniveau bereits unbevölkert, dies gibt Elektronen bereitwillig an oberes LN ab. -> im 4NS weniger Pumpleistung benötigt für Bestzungsinversion -> im 4NS kontinuierlicher Betrieb möglich -> man benötigt nur ein Photon im 4NS um Besetzungsinversion zu erzeugen
52
Laseraufbau
Lasermaterial umschlossen von 2 Spiegeln, einer davon leicht lichtdurchlässig, dort tritt Laserstrahl aus. Blitzlichtlampe aktiviert Vorgang.
53
Eigenschaften Laserlicht
- monochromatisch (induziertes Photon selbe Frequenz wie induzierendes) - parallel - kohärent (alle Photonen schwingen gleichphasig)
54
Anwendung Laser
Interferometrie: Messung kleinster Entfernungsunterschiede, nutzt Lichtinterferenz Materialbearbeitung: nutzt hohe Energie und punktgenaues fokussieren
55
Grenzen Bohrsches Atommodell
- Beschreibung magnetischer Eigenschaften nicht möglich - nicht auf Mehrelektronensysteme anwendbar - Widerspruch klassische Phys: Elektronen auf Bahnen ohne Energieverlust
56
Tunneleffekt
Teilchen kann endliche Potentialbarriere überwinden wenn Energie des Teilchens kleiner als Höhe des Potentials. -> Erklärung herauslösen alpha Teilchen aus Atomkern
57
Laser
Lichtquelle, die elektromagnetische Strahlung scharf begrenzter Frequenz, hoher Kohärenz und großer Intensität aussendet.
58
induzierte Emission
- Photon trifft auf angeregtes Atom - wenn Photon selbe Energie wie Energiediff. zw niedrigerem EN und AZ des Atoms - Atom wird zu Übergang in niedrigerem EN gezwungen - > Photonenemission - E(Ph2) = E(Ph1) - > Aussendung zwei gleicher Photonen, induziertes und induzierendes
59
Wie sind die möglichen Energie des Teilchens im Kastenpotential bzw. dem Bohrschen Atommodell quantisiert?
E(n)Kasten= (h^2)/(8mL^2) | E(n)Bohr=-Rydberg/(n^2)
60
technische Anwendung für Elektronenwellen
doppelspaltexperiment
61
Unterschied Bohrsches Atommodell und Schrödinger
Bohr: Elektronen kreisen als Massepunkte auf stationären Bahnen um Atomkern heute: Aufenthaltswahrscheinlichkeit in Nähe des Atomkerns
62
Eigenschaften der Kernkraft
- Reichweite in Größenordnung von Nukleonen - 1 Nukleon ww nur mit nächsten Nachbarn - Ladungsunabhängig - favorisiert Bindungen zw. P oder N mit unterschiedlichem Spin

Moderne Physik (4 decks)

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