Quantenphysik Flashcards
Physik - 1900:
1900: Physik = abgeschlossenes System: Mechanik, Thermodynamik, Elektromagnetismus
Kennzeichen: alles kontinuierlich und berechenbar
Physik - 1905/1910:
1905/1910:
Quantenphysik (große Anzahl kleiner Teilchen), Relativitätstheorie (große Geschwindigkeiten)
Problem photoelektrischer Effekt
Problem photoelektrischer Effekt:
elektromagnetische Welle trifft auf Metallplatte, löst Elektron ab, rundherum: Detektoren, die die Zahl und Energie der Elektronen messen, bei grösserer Beleuchtungsstärke werden mehr Elektronen abgelöst, bei höherer Frequenz haben Elektronen mehr Energie
Problem Compton-Effekt
Problem Compton-Effekt:
Elektron wird mit elektromagnetischer Welle bestrahlt, Elektron wird abgelenkt und die reflektierende Strahlung hat eine geringere Frequenz als die einfallende Strahlung
Quantenhypothese: Max Planck
Quantenhypothese: Max Planck
Atome eines strahlenden/absorbierenden Körpers können Energie nicht in beliebig kleinen Portionen aufnehmen/abgeben sondern nur in ganzzahligen Vielfachen des Plankschen Wirkungsquantums (h=6,626 • 10^-34 Js; die kleinste übertragbare Energiemenge)
Einsteins Erweiterung: nicht nur Austausch von Energie erfolgt durch Quanten, sondern Energie selbst ist in Quanten gebündelt
Formel: Energie, die ein Quant hat
+ Schlussfolgerung
E = h • f
E= Energie, die ein Quant hat
h= Planksches Wirkungsquantum (6,626•10^-34 Js)
f= Frequenz
-> Energie, die Quanten mit sich führen, ist abhängig von der Frequenz
(->photoelektrischer Versuch: größere Beleuchtungsstärke = mehr Quanten = mehr Zusammenstöße = mehr freigesetzte Elektronen)
Wann setzt der Photoeffekt ein?
Der Photoeffekt kann erst bei einer gewissen Frequenz einsetzen, steigt die Frequenz dann weiter, steigt auch die kinetische Energie der Elektronen
(-> Compton-Effekt: wenn Licht ein Quant ist, kann man Gesetze für elastischen Stoß anwenden: Quant gibt Teil seiner Energie an Elektron ab, Elektron wird dadurch abgelenkt und die Frequenz des Lichts wird kleiner)
Energie- & Impulserhaltungssatz
Energie- & Impulserhaltungssatz:
p= h : Lambda /l
p=Impuls
h=Planksches Wirkungsquantum
Lambda=Wellenlänge
Eigenschaften von Photonen
Photon = Lichtteilchen, bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit c
Masse=0 (relativistische Massenzunahme: je schneller ein Körpet, desto größer seine Masse; je mehr man ihn beschleunigen will, desto mehr Energie wird benötigt -> Masse=0, sonst kann es sich nicht mit c bewegen)
Energie eines Photons hängt von der Frequenz des Lichts ab: E=h•f
De-Broglie‘s Versuch
De-Broglie‘s Versuch: haben Teilchen Welleneigenschaften? dann sollte es zu Beugungserscheinungen kommen, wenn man Elektronen auf Kristalle schießt; je größer die Energie des Elektrons, desto kleiner die Wellenlänge; 1927 wurde Versuch umgesetzt: Elektronen wurden auf Nickelkristall geschossen, es wurden Beugungserscheinungen beobachtet & vermessen, dann mit Gesetzen der Optik die Wellenlänge ausgerechnet -> Welleneigenschaften der Teilchen bewiesen, Elektronenmikroskop wurde entwickelt, deutlich größere Vergrößerungen da die Wellenlänge von Elektronen deutlich kleiner ist als die von Licht & die max. Auflösung von der Wellenlänge abhängig ist)
Elektronenmikroskop
Elektronenmikroskop: deutlich größere Vergrößerungen da die maximale Auflösung eines Mikroskops von der Wellenlänge abhängig ist und die Wellenlänge von Elektronen deutlich geringer ist als die von Licht
Heisenberg’sche Unschärferelation
Heisenberg’sche Unschärferelation: Problem mit Messungen in Quantenphysik (atomarer Bereich): jede Messung ist mit einer Veränderung des zu messenden Objekts verbunden -> Ungenauigkeit: bei Messung der Bahn eines Elektrons in einem Wasserstoff-Atom müsste man ein Elektron an 2 verschiedenen Punkten der Bahn beschießen, dabei wird das Elektron aber abgelenkt und die 2. Messung wird sinnlos -> Messung in Quantenphysik zerstört das zu Messende
- Konsequenz der Heisenberg‘schen Unschärferelation
- Konsequenz der Heisenberg‘schen Unschärferelation:
der Begriff der Elektronenbahnen ist nicht mehr sinnvoll -> Auswirkungen auf Atommodelle
Elektronen werden durch einen engen Spalt geschossen: Beugung (je enger, desto größer die Abweichung, desto mehr Weg legt es zurück und desto höher seine Geschwindigkeit): 🔺x • 🔺p ~ h
🔺x= Intervall, in dem der Ort liegt 🔺p= Intervall, in dem der Impuls liegt
Genaue Bestimmung des Ortes = ungenaue Bestimmung des Impuls (geht nicht beides gleichzeitig beliebig genau zu bestimmen)
- Konsequenz der Heisenberg‘schen Unschärferelation
- Konsequenz der Heisenberg‘schen Unschärferelation: man kennt die Gegenwart nicht genau genug um die Zukunft zu berechnen zu können -> Berechenbarkeit der Naturvorgänge eingeschränkt, nur statistische Aussagen möglich
Tunneleffekt: alpha-Teilchen entspricht einem Heliumkern (2 Protonen, 2 Neutronen)
🔺E • 🔺t ~ h
🔺E=Intervall in dem die Energie liegt
🔺t=Zeitintervall
In einem genau bestimmten Zeitintervall kann Energie sehr viel höher/sehr viel niedriger sein; sehr hoch -> alpha-Teilchen kann Kernkräfte überwinden & Potenzialtopf verlassen
