Quantenphysik

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Quantenphysik von Mind Map: Quantenphysik

1. Milikan-Versuch

1.1. Ladung

1.1.1. immer Vielfache von Elementarladung (gequanteLt)

1.1.2. elektrische Ladung immer gequantelt

1.1.3. q = (m*g*d)/U

1.1.4. e/m = 2U / B^2 * r^2

1.2. Elementarladung

1.2.1. kleinste Mögliche Ladung eines Teilchens

1.3. FG = Fel

1.4. FG - FA = 4/3π* r^3 * (poil - pair) * g

2. Fadenstrahlrohr- Versuch

2.1. Elektroenenkanone

2.2. Lorentzkraft

2.2.1. zur Richtungsbestimmung: 3 Finger Methode

2.3. Idee der Massebestimmung

2.3.1. Masse messen ohne zu wiegen

2.4. spezifische Ladung des Elektrons bestimmen

2.4.1. FL = e*v*B

2.4.1.1. e/ m=2U/ B^2 * r^2

3. Elektroskop

3.1. Nachweis ruhender elektrischer Ladungen

3.2. Stab wird geladen und Elektronen übertragen, schlägt aus, Ladungsausgleich durch Hand, zeiger schlägt zurück

4. Dynamische Masse

4.1. bewegte Masse

4.2. Masse eines Photons

4.2.1. Eph= h*f= mph*c^2

4.2.2. Pph= mph*c= (h*f)/c= h/λ

5. Induktion (Elektrodynamik)

5.1. Leiterschaukel

5.1.1. in ein homogenes Magnetfeld ein Leiterstück mit v bewegt

5.1.1.1. durch Lorenttkraft an Enden des Stücks Spannung induziert -> Induktionsspannung

5.1.1.1.1. Uind= B*v*d

5.2. Elektromagnetische Felder

5.3. moderne Technologie wie Wireless Charging durch Induktion

5.3.1. 2 Spulen erzeugen Magnetfeld -> Elektronen werden übertragen

5.3.2. genutzt für Zahnbürsten oder Autoladestationen

6. relevante Größen/ si-Einheiten

6.1. U = Spannung (Volt/V) B = Magnetfeldstärke (Ampere/A) v= Geschwindigkeit (m/s) E = Energie (Joule/J) h = Planksche Konstante (J/s) f = Frequenz (Hertz/Hz) m= Masse (Kilogramm/Kg) c = Lichtgeschwindigkeit (m/s) F = Kraft (Newton/N) r = Radius (Meter/m) p = Dichte (Rho) g = Erdanziehungskraft (m/s^2) d = Spaltabstand/Durchmesser (m) q = Ladung (Coulomb/C) e = ELementarladung (Coulomb/C) Δs = Gangunterschied λ = Wellenlänge (Meter/m)

7. Optisches Gitter

7.1. Δs immer gleich

7.2. Interferenzmuster mit verschiedenen Wellenlängen

7.2.1. Wahrscheinlichkeitsaspekt

7.2.2. Superposition

7.2.2.1. "an mehreren Orten gleichzeitig"

7.3. keine Kleinwinkelannähreung zur Berechnung möglich

8. Doppelspalt

8.1. Photonen

8.1.1. Interferenzen

8.1.1.1. Interferenzmuster

8.1.1.1.1. Maxima

8.1.1.1.2. Abstand zwischen Minima und Maxima

8.1.1.1.3. Minima

8.1.1.2. konstruktive Interferenzen

8.1.1.2.1. Wellental auf Wellental

8.1.1.2.2. Δs = n*λ

8.1.1.2.3. Maxima (n= Ordnung) n ∈ ℕ0={1,2,3,4...}

8.1.1.3. destruktive Interferenzen

8.1.1.3.1. Wellental auf Wellenberg

8.1.1.3.2. Δs = ( n- 0,5)*λ

8.1.1.3.3. Minima (n = Ordnung) n ∈ ℕ0={1,2,3,4...}

8.2. Elektronen

8.2.1. sammeln sich an Schirm mit Interfenzmuster, welches Wahsrcheinlichkeiten angibt

9. Hallwachs- Experiment

9.1. Hallwachs Effekt (Fotoeffekt I)

9.2. Versagen des Wellenmodells

9.2.1. nicht Intensität, sondern Frequenz entscheidend, um Elektronen aus der Zn Platte zu lösen

9.3. Fotozelle

9.3.1. verschiedene Frequenzen getestet

9.3.1.1. Fotoeffekt bestätigt sich

9.3.1.2. Grenzfrequenz

9.3.1.2.1. Frequenz die mindestens so viel Energie wie das Elektron produziert, um das Teilchen zu lösen

9.4. Lichtquantenhypothese

9.4.1. Licht ist gequantelt

9.4.2. Eph >= Ee zum lösen

9.4.3. Intensität löst schneller aber nicht mehr

9.4.3.1. Ein Elektron absorbiert genau die Energie eines Photons

9.4.4. Energie eines Photons unabhängig von Intensität

9.4.4.1. Eph = h*f

9.4.5. WA + WB = h*f

9.5. Photo-Elektronen

9.5.1. Elektronen die Energie des Photons absorbiert haben

9.6. Compton-Effekt

9.6.1. Vergrößerung der Wellenlänge bei Streuung an Elektronen

9.6.2. λc,e= h/(me*c)= 2,43*10^-12m

9.6.3. Δλ= h/(me*c)*(1-cos(a)) (a= Winkel zwischen ursprünglicher und geänderter Fluibahn nach Aufprall)

9.6.4. elastischer Stoß

9.6.4.1. Übertragung von Energie

10. Elektronenbeugungsröhre

10.1. Elektronenkanone schießt Elektronen durch ein Kristallgitter auf fluoreszierende Schicht

10.1.1. Ringe als Interferenzmuster entstehen

10.1.1.1. Wellencharakter des Elektrons

10.1.1.1.1. λ= d/l *r

11. Radioaktivität

11.1. Atome

11.1.1. radioaktive Stoffe

11.1.1.1. Zerfall

11.1.1.1.1. Energie wird bei Zerfall erzeugt

11.2. Energiestufen im Atom

11.2.1. Wechsel zwischen verschiedenen Zuständen

11.2.1.1. angeregter Zustand

11.2.1.1.1. "Energiüberschuss"

11.2.1.2. energieärmerer Zustand

11.2.1.2.1. nach Abgabe von Photonen

11.2.2. Energietermschema

11.2.2.1. Darstellung des Übergangs zwischen den Energiestufen

11.3. "Fingerabdrücke von Atomen"

11.3.1. Linienspektren

11.3.1.1. Emissionspektren

11.3.1.1.1. Emission= Abgabe von Elektromagnetischer Strahlung

11.3.1.1.2. alle Bereiche des Spektrums zu sehen

11.3.1.2. Absorptionsspektren

11.3.1.2.1. Absorption= Aufnahme von Strahlung

11.3.1.2.2. Linien oder ganze Bereiche können im Spektrum fehlen

11.3.1.2.3. bestimmte Gase absorbieren Teile des Lichts

11.3.1.3. λ= (sin(ak) *g)/ k

11.4. (Natrium-) Resonanzfluoreszenz

11.4.1. normalerweise ist der Schatten einer Flamme nicht zu sehen

11.4.2. Salz in Falmme halten und Natriumlampe

11.4.2.1. Schatten zu sehen

11.4.2.1.1. Absorption des gesamten Lichts

11.4.3. Salz in Falmme und normale Lampe

11.4.3.1. kein Schatten

11.4.3.1.1. nur Absorption des gelben Teils des Spektrums -> zu viel Licht für Schatten

11.4.4. Flamme und normale Lampe

11.4.4.1. kein Schatten

11.4.4.1.1. keine Absorption

12. Wesentliche Zusammenhänge

12.1. Sowohl Photonen als auch Elektronen besitzen Wellencharakter

12.2. bei fast allen Versuchen geht es um Interferenzen (entweder Photon oder Elektron)

12.2.1. Quantenphysik findet sich überall wieder

12.3. Quantenphysik passt nicht in die Prinzipien der "normalen" Physik