Quantenphysik

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Quantenphysik von Mind Map: Quantenphysik

1. Millikan-Versuch

1.1. Aufbau des Versuches: https://universaldenker.de/_dr/1/28417398.png

1.2. Wozu dient der Versuch?: Berechnung der elektrischen Ladung von Elektronen

1.3. Ergebnisse des Versuches:

1.3.1. elektrische Ladung gequantelt ↳ nur ganzzahlige Vielfache der Elementarladung treten auf

1.3.1.1. Elementarladung (e)=1,602*10^-19 Einheit: Coloumb >kleinste messbare Ladung!

1.3.2. FG (Gravitationskraft)= Fel (elektrische Kraft) → Schwebezustand des Öltröpchens

1.3.3. ❗️MERKSATZ❗️Negative wie positive Ladungen treten nur als ganzzahlige Vielfache einer kleinsten Ladung auf, der Elementarladung. Insbesondere trägt das Elektron die negative Elementarladung -e.

1.4. Idee des Versuches: die Kräfte, die auf ein geladenes Objekt wirken ( im elektrischen Feld/ Schwerefeld der Erde), genau zu beschreiben

2. Hallwachs-Versuch

2.1. Aufbau des Versuches: https://www.leifiphysik.de/sites/default/files/medien/hallwachs01_quantenobjektp_ver.jpg

2.1.1. ERWARTUNGEN (Aufgrund der Vorkenntnisse des Wellenmodells)

2.1.1.1. 1. Mindestenergie wird benötigt um Metall verlassen zu können (Lichtwelle soll Energie bringen)

2.1.1.2. 2. Frequenz des Lichts spielt keine Rolle nur die Intensität des Lichts ist entscheident

2.1.1.3. 3. Zeitverzögerung beim Rückgang des Elektrodenausschlags

2.1.2. EINGETRETEN

2.1.2.1. 1. Licht aus der Glühlampe ( EGAL welche Intensität) emittiert keine Elektronen

2.1.2.2. 2. Nur UV-Licht löst Elektronen aus der Metalloberfläche → keine Zeitverzögerung

2.1.2.2.1. UV- Licht= kleine Wellenlänge

2.2. Lichtquantenhypothese:

2.2.1. Photonenenergie ist unabhängig von der Intensität

2.2.1.1. WB( Bewegungsenergie) + WA( Ablöseenrgie) = h*f

2.2.1.1.1. Eph= h*f

2.2.2. „Licht kommt in Päckchen“

2.2.3. Licht ist gequantelt

2.2.4. Intensität beeinflusst die Zeit der Ablösung, nicht die Menge

2.2.4.1. WEIL: ein Photon nur von einem Elektron absorbiert werden kann

2.2.4.1.1. Photo-Elektron: Elektronen die Energie eines Photons absorbieren

2.3. Fotozelle/ Fotoeffekt:

2.3.1. Aufbau: http://www.chemgapedia.de/vsengine/media/vsc/de/ch/3/anc/ir_spek/raman_spektroskopie/raman_geraetetechnik/ra_1_2_1/photozelle1_m35bi0101.gif

2.3.2. Durchführung anhand mehrerer Frequenzen

2.3.2.1. Bestätigung des Fotoeffekts

2.3.2.2. Grenzfrequenz

2.3.2.2.1. Teilchen lösen sich, wenn die Frequenz mindestens so viel Energie wie das Elektron besitzt

2.4. Compton-Effekt

2.4.1. https://lp.uni-goettingen.de/get/image/1561

2.4.1.1. beschreibt elastischen Stoß eines Photons mit einem ruhenden Elektron

2.4.1.2. Δ λ=h/(me*co)*(1-cos(a))

2.4.1.2.1. Wie sich die Wellenlänge des Photons nach dem Stoß VERÄNDERT, nicht wie sie jetzt ist

2.4.1.2.2. Winkel(a)= Winkel der normalen& der abgelenkten Flugbahn des Photons

3. Doppelspalt-Experiment

3.1. Aufbau des Versuches: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/01/Double-slit_de.svg/2000px-Double-slit_de.svg.png

3.2. Interferenzen durch Photonen

3.2.1. destruktive Interferenz (Wellental auf Wellenberg)

3.2.1.1. Δs=(n-1/2)*h

3.2.2. konstruktive Interferenz (Wellenberg auf Wellenberg)

3.2.2.1. Δs=n*λ

3.2.3. Minima/ Maxima

3.2.3.1. Abstand der Intensitätsmaxima

3.2.3.1.1. Kleinwinkelannäherung(a<45°)

3.2.3.1.2. 1. Je größer der Abstand der Maxima ist, desto kleiner ist der Spaltabstand

3.2.3.1.3. 2. Je größer der Abstand der Maxima ist, desto größer ist die Wellenlänge

3.2.3.1.4. 3. Je größer die Wellenlänge, desto weniger Maxima sind hinter dem Doppelspalt zu beobachten

3.2.3.1.5. 4. Je größer der Spaltabstand, desto mehr Maxima sind hinter dem Doppelspalt zu beobachten

3.3. optisches Gitter ( ganz viele Doppelspalte)

3.3.1. es tritt ebenfalls ein Interferenzmuster auf → UNTERSCHIED ZUM DOPPELSPALT : Je mehr Spalten, desto schärfer sind die Maxima definiert

3.3.1.1. Maximum auf dem Schirm tritt auf bei: sin(a)=k* λ/ g

3.3.1.1.1. k=Ordnung der Maxima λ=Wellenlänge des Lichts g=Gitterkonstante

3.3.1.2. tan(a)= dk/a

3.3.1.2.1. a= Abstand vom Schirm zum Gitter dk=Abstand von der Schirmmitte zum entsprechenden Maximum

4. Fadenstahlrohr-Experiment

4.1. Aufbau des Versuches: https://lp.uni-goettingen.de/get/image/1769

4.2. Wozu dient der Versuch?: Bestimmung der Masse/ der Ladung des Elektrons

4.3. Helmholtzspulen

4.3.1. erzeugen Spannung

4.3.1.1. Magnetfeld entsteht

4.3.1.2. Wozu dient der Versuch? : Nachweis des Wellencharakters des Elektrons

4.4. Glühelektrischer-Effekt

4.4.1. Heizspannung beträgt mehrere Hundert °C um Elektronen aus dem Glühdraht herauszulösen

4.5. Zentripetalkraft

4.5.1. Benötigt um die Elektronen in eine Kreisbahn zu lenken

4.6. Hand- Regeln

4.6.1. zur Bestimmung der Richtungen von dem Elektronenstrom, dem Magnetfeld und der Lorenzkraft

4.6.1.1. Verwendung der linken Hand: https://bbstphysik12.files.wordpress.com/2010/12/linke1.jpg

4.6.1.1.1. negativ geladene Teilchen

4.6.1.2. Verwendung der rechten Hand: http://wiki.bnv-bamberg.de/flg-wiki/images/thumb/b/b8/Rechtehandregel.jpg/180px-Rechtehandregel.jpg

4.6.1.2.1. positiv geladene Teilchen

4.7. Geschwindigkeit des Elektrons

4.7.1. Beim Anlegen einer Spannung zwischen Kathode und Anode, werden die freien Elektrononen beschleunigt

4.7.1.1. v= √(2*e*U)/m

4.7.1.1.1. kinetische Energie bei der Anode am höchsten ( Ekin max), danach nicht mehr beschleunigt

4.8. spezifische Ladung

4.8.1. e/me=2*U/ B^2*r^2

5. die dynamische Masse

5.1. Licht besteht aus Photonen mit der Energie E=h*f

5.1.1. jeder Energie ist die Masse m=E/c^2 zugeordnet ( laut Albert Einstein) →also auch dem Photon

5.1.1.1. Photon besitzt keine Ruhemasse →bewegt sich mich Lichtgeschwindigkeit

5.1.1.1.1. besitzt jedoch die dynamische Masse → Eph=h*f = mph*c^2

5.2. Jedes Photon besitzt einen Impuls

5.2.1. p=m*v → Pph=mph*c ⇒Pph=h/λ

6. Elektronenbeugungsröhre

6.1. Erkenntnisse/ Beobachtungen

6.1.1. Aufbau des Versuches: https://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/elektronenbahnen/bilder/elektronenbeugung/skizze-elektronenbeugungsroehre.png

6.1.2. 1. Niedrige Spannung führt zu einem größeren Radius des Kreises, jedoch ist dieser deutlich blasser

6.1.3. 2.Je höher die Spannung ist, desto kleiner ist der Radius des abgebildeten Kreises (Kreis &Punkt in der Mitte intensiver)

6.1.4. 3. Strahl wird durch Magneten abgelenkt

6.1.4.1. Teilchen muss eine Ladung haben

6.1.5. 4. Kreise werden beim Anziehen langezogen (bekommt die Form einer Ellipse)

6.2. Schlussfolgerung

6.2.1. Bringt man in die Nähe der Röhre seitlich einen Magneten, so verschiebt sich das gesamte Schirmbild, wie man es bei einem negativ geladenen Teilchen( Elektron) erwartet.

6.2.1.1. Ähnlichkeit zum Doppelspalt-Experiment und dem optischen Gitter →Beugungseffekte und Interferenzmuster

6.2.1.1.1. ❗️⇒Elektron wird der Wellencharakter zugeordnet❗️

6.3. Berechnung der De-Broglie- Wellenlänge aus der kinetischen Energie des Elektrons

6.3.1. λB=h/ √h/2Ekin*me

7. Induktion

7.1. Induktion and der Leiterschaukel

7.1.1. Aufbau: https://slideplayer.org/slide/889023/3/images/2/Anschlüsse+für+die+Stromabnahme+Leiterstück+Hufeisenmagnet+Mit+magnetischen+Feldlinien.jpg

7.1.2. Es wirkt die Lorentzkraft. An den Enden des Leiterstücks induziert die Lorenzkraft eine Spannung

7.1.2.1. INDUKTIONSSPANNUNG ( Uind)

7.1.2.1.1. Es gilt Fl=Fel ⇒ Uind=B*v*d

7.1.2.1.2. Beispiele: • Freefall-tower •wireless-charging •elektrische Zahnbürste

7.2. Leiterschleife im Magnetfeld

7.2.1. Schleife ist noch nicht ganz ins Magnetfeld eingetaucht

7.2.1.1. Spannung wird angezeigt

7.2.2. Leiterschleife verlässt das Magnetfeld wieder

7.2.2.1. Spannung wird angezeigt

7.2.2.1.1. ❗️entgegengesetztes Vorzeichen❗️(-Uind)

7.2.3. Schleife ist komplett ins Magnetfeld eingetaucht

7.2.3.1. keine Spannung angezeigt

7.2.3.1.1. Kein Wert für Uind gemessen →Spannungen heben sich quasi auf

7.2.4. 💡⇒ NUR, wenn sich die Fläche in der Leiterschleife, die durch das Magnetfeld durchsetzt wird, ändert, wird eine Spannung induziert

8. Radioaktivität

8.1. Strahlungen

8.1.1. 1.Alpha-Strahlen

8.1.1.1. Polonium

8.1.2. 2.Beta-Strahlen

8.1.3. 3. Gamma-Strahlen

8.2. Linienspektren

8.2.1. http://www.reliefs.ch/chem/kap3/schalenmodell-Dateien/image002.jpg

8.2.1.1. Absorptionsspektren

8.2.1.1.1. Absorption= Aufnahme elektromagnetischer Strahlung

8.2.1.2. Emissionsspektren

8.2.1.2.1. Emission= Abgabe von elektromagnetischer Strahlung

8.3. Energiestufen im Atom

8.3.1. Deutung des diskreten Emissionsspektrums des Atoms

8.3.1.1. angeregte Atome senden diskretes Linienspektrum aus → Atom geht von seinem energetisch höheren Zustand(angeregter Zustand) in einen energetisch niedrigeren Zustand (energieärmerer Zustand)

8.3.1.1.1. ⇒Bei diesem energetischen Abstieg wird ein Photon erzeugt, dies sehen wir in Form von leuchten

8.3.2. Deutung des diskreten Absorptionsspektrums eines Atoms

8.3.2.1. Atom im Grundzustand →angeregt durch Photon ( Energie des Photons entspricht genau der Energiestufe im Atom, die vom Grundzustand erreichbar ist)

8.3.2.1.1. ⇒ Photon wird vernichtet

8.4. Versuch: Natrium-Resonanzfluoressenz

8.4.1. Aufbau des Versuches: https://lp.uni-goettingen.de/get/image/1646

8.4.1.1. 1. Flamme vor die Leinwand (weißes Licht+ohne Kochsalzprobe)

8.4.1.1.1. ⇒ kein Schatten der Flamme zu sehen

8.4.1.2. 2. Flamme vor die Leinwand (weißes Lampe+ Kochsalzprobe).

8.4.1.2.1. ⇒ kein Schatten der Flamme zu sehen

8.4.1.3. 3. Flamme vor die Leinwand (Natrium-Lampe+ Kochsalzprobe)

8.4.1.3.1. ⇒ Schatten der Flamme zu sehen