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Quantenmechanik - Quantenphysik Zusammenfassung fürs Physik-Abi
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 67 Zeilen
- der Fotoeffekt gehört nicht zum standardwörderbuch von Models er kommt nämlich aus der
- [Musik] Quantenphysik in diesem Video bekommt ihr einen kleinen Überblick über die Quantenphysik dazu fangen wir mit dem
- fotoelektrischen Effekt kurz Fotoeffekt an der ist nämlich so der eingangsbeweis für die Quantenphysik der Experiment Aufbau sieht in etwa so aus es wurde ein
- schalt mit einer Spannungsquelle einem Strommessgerät und einem Widerstand verbaut dann kam dort noch eine Katode und eine ringanode dazu beim Fotoeffekt
- wird jetzt die Kathode mit Licht bestrahlt was passiert dann das Licht löst Elektronen aus der Kathode heraus die daraufhin zur Anode fliegen von der
- Anode fließen die Elektronen dann wieder über das Strommessgerät zur Katode und man kann ein Strom messen soweit easy peasy jetzt kommt der eigentliche Klo
- über die Spannungsquelle könnt ihr eine Gegenspannung zwischen der Anode und Kathode einstellen und somit eine gegen die Flugrichtung der Elektronen wirkende
- Kraft erzeugen ihr zieht also die Elektronen wieder zurück und verhindert damit ein fließendes Stromes wenn ihr jetzt die Kathode mit
- Licht verschiedener Wellenlängen bestrahlt dann werdet ihr merken dass eure minimale Gegenspannung um den Strom zu verhindern
- variiert aus dem ganzen Fotoeffekt könnt ihr jetzt ein paar Schlüsse ziehen erstens je größer die Frequenz und somit kleiner die Wellenlänge des Lichtes
- desto größer wird die anzulegende Gegenspannung das Licht überträgt also den Elektronen Energie die diese zum Austreten aus der Kathode und danach zum
- Ankämpfen gegen die Gegenspannung benutzen die Energie der Photonen wird also für den Austritt des Elektrons benutzt und das was übrig bleibt bekommt
- dann das Elektron als Bewegungsenergie weiterhin merkt ihr dass die Intensität des Lichtes kein Einfluss auf die anzulegende
- Gegenspannung hat aus diesen beiden Beobachtungen zieht ihr jetzt diesen Schluss Licht trifft immer nur portionsweise auf die Kathode und nur
- eine Portion kann Elektronen auslösen es ist sozusagen quantisiert sobald also ein lichtquanz zu wenig Energie besitzt um ein Elektron
- aus der Kathode zu lösen bringt auch eine größere Lichtintensität nichts da die energieportion einfach zu klein ist wenn ihr jetzt die Elektronen W in einem
- Diagramm über die Frequenz auftragt dann sieht das so aus dort wo die gerade die frequenzachse trifft die elektronenenergie also genau NULL ist
- ist eure Grenzfrequenz unter der könnt ihr keine Elektronen mehr aus der Katode lösen wenn ihr diese gerade jetzt verlängert dann schneidet ihr irgendwann
- für die Frequenz von 0 Hz die w-achse an diesem Schnittpunkt könnt ihr jetzt noch die Austrittsarbeit der Elektronen ablesen also wie viel
- energieon vom Photon abgegeben wird um das Elektron überhaupt aus der Kathode zu lösen je nach Material der Kathode variiert die Austrittsarbeit und
- Grenzfrequenz und ihr müsst auch andere Kennlinien zeichnen aber all diese geraten haben eine Gemeinsamkeit sie haben alle dieselbe Steigung h und
- lassen sich mit dieser Geraden Gleichung beschreiben die elektronenenergie ist gleich h* f- die austrittsenergie die das Elektron gebraucht hat H mal F ist
- dann logisch Weise die Energie des Photons weil wenn man da die austrittsenergie abzieht bekommt man ja die Energie die dann noch für das
- Elektron übrig bleibt h ist das planche Wirkungsquantum das ist eine Naturkonstante in der Quantenphysik mit 6,626 X 10 hoch-34 jou mal Sekunde wie
- eben schon gesagt ist Licht quantisiert also portionsweise deswegen wird Licht ab jetzt auch als Teilchen angesehen als sogenanntes Photon das ist so ein
- quantisiertes Lichtpaket für das Photon als Quantenobjekt müsst ihr fürs Abi jetzt ein paar Formeln können einmal die
- Energie eines Photons die ihr aber von gerade eben schon kennt dann noch die Masse eines Photons die könnt ihr mit M Photon ist g h mal F durch die
- Lichtgeschwindigkeit c im Quadrat berechnen J ein Photon hat eine Masse aber keine ruheasse da sich als Licht ja immer mit der Lichtgeschwindigkeit c
- ausbreitet und ein Photon besitzt als Teilchen auch einen Impuls den könnt ihr mit P ist H durch die Wellenlänge Lambda des Lichtes berechnen guck mal die
- formelchen an hier steht eine typische Teilchengröße nämlich der Impuls und eine typische wellengröße nämlich die Wellenlänge drin das nennt man Welle
- teilchendualismus ein Quantenobjekt besitzt sowohl Welle als auch teilchencharakter erst durch die äußeren Umstände entscheidet es welchen
- Charakter es annimmt wenn euch jemand nach einem Beispiel für den wellenteilchenendualismus fragt dann könnt ihr genau dieses Beispiel hier
- bringen ihr habt einen Doppelspalt und eine Quelle die einzelne Elektronen auf den Spalt schießen kann Elektronen sind nämlich auch Quantenobjekte und gehechen
- auch den Gesetzen der Quantenphysik wenn ihr jetzt einen Detektor an euren Doppelspalt anbringt und MST wo das Elektron durchgeht dann fliegen die
- Elektronen wie ein Teilchen durch einen der beiden Spalte durch und erzeugen zwei fette Balken auf dem Schirm hinten das ist der teilchencharakter eines
- quantenobjektes unterlasst ihr aber die Messung des doppelspaltes also durch welchen Spalt das Elektron durchfliegt dann entsteht
- nach ein paar tausend Elektronen auf dem Schirm das für einen Doppelspalt typische Interferenzmuster das Elektron verhält
- sich so als ob es eine Welle wäre und irgendwie durch beide Spalte durchgeht und dann auf dem Schirm das Interferenzmuster
- erzeugt je nachdem ob ihr also messt oder nicht MST besitzt das Elektron Teilchen oder Wellencharakter welcher Charakter am
- Ende ausgeprägt wird hängt von den äußeren Umständen ab ein berühmtes Gedankenexperiment dazu brachte erwin Schrödinger nämlich Schrödingers Katze
- er sagt dass eine Katze in einer Box mit einer giftampulle sowohl tot als auch lebendig ist was jetzt ist also tot oder lebendig Welle oder Teilchen das
- entscheidet sich erst wenn man nachschaut im Moment der Messung das müsst ihr fürs Abi unbedingt im Kopf haben Quantenobjekte sind sowohl Welle
- als auch Teilchen erst eine Messung durch z.B Beobachtung entscheidet welchen Charakter sie ausbilden und wenn wir schon bei Elektronen als
- Quantenobjekte sind Elektronen kann man natürlich dann auch Welleneigenschaften wie eine Wellenlänge zuweisen die nennt man debrogli Wellenlänge und berechnet
- sich zu h durch den elektronenimpuls P dieser welleteilchendualismus hat auch eine weitere Folge Wellen sind ja total
- delokalisiert also nicht ortsfest wenn Quantenobjekte auch Wellencharakter haben dann sind sie ja auch delokalisiert oder jo ein Elektron
- schwit nach der Quantenphysik nicht mehr als Teilchen um eine Atomkern herum wie es Nils Bor postuliert hatte das Elektron ist laut der Quantenphysik in
- einer wahrscheinlichkeitswolke um das Atom herum verschmiert diese Wolke wird dann Orbital genannt hier seht ihr so ein paar
- Orbitale also irgendwo in diesem Orbital ist das Elektron und wir wissen nicht wo sobald wir es aber suchen würden also messen würden würde es sein Teilchen
- Charakter annehmen und an irgendeinem Ort sein und wir würden es als Teilchen wahrnehmen W diesen Welle teilchendualismus verinnerlicht habt
- gibt es noch zwei Dinge von denen ihr zumindest den Namen können solltet in der Quantenphysik existieren nämlich zwei sogenannte Unschärfe Relationen
- diese beiden Relationen verbinden zwei Größen und sagen dass nicht beide exakt definiert sein können die eine ist die ortsimpulsunschärfe auch heisenbergische
- unschärfeerelation genannt ihr solltet wissen dass hier Delta x mal Delta p = h gilt mit dem Delta drückt ihr die Ungenauigkeit in der Bestimmung dieser
- Größe aus in Worten ist der Ort scharf definiert Delta x also ziemlich klein so muss der Impuls ziemlich ungenau definiert sein Delta P also ziemlich
- groß man kann also nur entweder den Impuls oder den Ort genau bestimmen und die andere Größe verschmiert die zweite Unschärfe die ihr
- kennen solltet ist die Zeit und Schärfe hier ist Delta e mal Delta t h ihr könnt also nie die exakte Energie zu einem exakten Zeitpunkt eines quantenobjektes
- angeben last but not least gibt es noch die wichtigste Gleichung der Quantenphysik die Schrödingergleichung da die so ein richtiger Brocken ist und
- ihr am Abi damit nicht rechnen müsst sagen wir nur kurz Sinn und Zweck wenn ihr also gefragt werdet was kann die Schrödinger Gleichung dann antwortet ihr
- die Schrödinger Gleichung ist eine dimensionale zeitabhängige Differentialgleichung mit deren Lösung man die
- Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines quantenobjektes beschreiben kann mit der werdet ihr wie gesagt nicht rechnen müssen aber falls jemand wissen will was
- sie kann solltet ihr diese beiden Stichpunkte nennen können fassen wir das noch mal ganz kurz zusammen mit dem hier skizzierten fotoelektrischen Effekt
- wurde entdeckt das Licht quantisiert Auftritt also in Portionen jeder lichtportion kurz Photon kann man eine Masse eine Energie und einen Impuls
- zuordnen in der Quantenphysik müsst ihr insgesamt etwas anders denken es gibt nun nicht mehr nur eine Welle und nur ein Teilchen sondern den
- welleteilchendualismus der besagt dass ein Quantenobjekt sowohl Welle als auch teilchencharakter besitzt und sich erst durch die äußeren Umstände entscheidet
- was es annimmt beispiele hierfür sind die beiden unschärfrelation man kann bei einem Quantenobjekt z.B nur Ort Teilchen oder Impuls Welle beliebig genau
- bestimmen wenn es euch gefallen hat erzählt euren Freunden von uns ansonsten sagen wir viel Erfolg fürs Abi bis dann haut rein
- und ciao
Zum Nachlesen
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Welle-Teilchen-DualismusDie Strahlen, die durch den Doppelspalt gelangen, treffen auf den Schirm und werden dort in geeigneter Weise registriert. Klassische Wellen. Bearbeiten.