Quantenmechanik - Quantenphysik Zusammenfassung fürs Physik-Abi
Physik - simpleclub
https://www.youtube.com/watch?v=7fLFOgSVFJM

Transkript (automatisch erstellt)

0:00 der Fotoeffekt gehört nicht zum standardwörderbuch von Models er kommt nämlich aus der
0:08 [Musik] Quantenphysik in diesem Video bekommt ihr einen kleinen Überblick über die Quantenphysik dazu fangen wir mit dem
0:18 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
0:29 schalt mit einer Spannungsquelle einem Strommessgerät und einem Widerstand verbaut dann kam dort noch eine Katode und eine ringanode dazu beim Fotoeffekt
0:40 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
0:50 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
1:01 über die Spannungsquelle könnt ihr eine Gegenspannung zwischen der Anode und Kathode einstellen und somit eine gegen die Flugrichtung der Elektronen wirkende
1:09 Kraft erzeugen ihr zieht also die Elektronen wieder zurück und verhindert damit ein fließendes Stromes wenn ihr jetzt die Kathode mit
1:17 Licht verschiedener Wellenlängen bestrahlt dann werdet ihr merken dass eure minimale Gegenspannung um den Strom zu verhindern
1:25 variiert aus dem ganzen Fotoeffekt könnt ihr jetzt ein paar Schlüsse ziehen erstens je größer die Frequenz und somit kleiner die Wellenlänge des Lichtes
1:34 desto größer wird die anzulegende Gegenspannung das Licht überträgt also den Elektronen Energie die diese zum Austreten aus der Kathode und danach zum
1:44 Ankämpfen gegen die Gegenspannung benutzen die Energie der Photonen wird also für den Austritt des Elektrons benutzt und das was übrig bleibt bekommt
1:53 dann das Elektron als Bewegungsenergie weiterhin merkt ihr dass die Intensität des Lichtes kein Einfluss auf die anzulegende
2:01 Gegenspannung hat aus diesen beiden Beobachtungen zieht ihr jetzt diesen Schluss Licht trifft immer nur portionsweise auf die Kathode und nur
2:11 eine Portion kann Elektronen auslösen es ist sozusagen quantisiert sobald also ein lichtquanz zu wenig Energie besitzt um ein Elektron
2:20 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
2:30 Diagramm über die Frequenz auftragt dann sieht das so aus dort wo die gerade die frequenzachse trifft die elektronenenergie also genau NULL ist
2:40 ist eure Grenzfrequenz unter der könnt ihr keine Elektronen mehr aus der Katode lösen wenn ihr diese gerade jetzt verlängert dann schneidet ihr irgendwann
2:50 für die Frequenz von 0 Hz die w-achse an diesem Schnittpunkt könnt ihr jetzt noch die Austrittsarbeit der Elektronen ablesen also wie viel
2:59 energieon vom Photon abgegeben wird um das Elektron überhaupt aus der Kathode zu lösen je nach Material der Kathode variiert die Austrittsarbeit und
3:09 Grenzfrequenz und ihr müsst auch andere Kennlinien zeichnen aber all diese geraten haben eine Gemeinsamkeit sie haben alle dieselbe Steigung h und
3:18 lassen sich mit dieser Geraden Gleichung beschreiben die elektronenenergie ist gleich h* f- die austrittsenergie die das Elektron gebraucht hat H mal F ist
3:29 dann logisch Weise die Energie des Photons weil wenn man da die austrittsenergie abzieht bekommt man ja die Energie die dann noch für das
3:36 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
3:49 eben schon gesagt ist Licht quantisiert also portionsweise deswegen wird Licht ab jetzt auch als Teilchen angesehen als sogenanntes Photon das ist so ein
4:00 quantisiertes Lichtpaket für das Photon als Quantenobjekt müsst ihr fürs Abi jetzt ein paar Formeln können einmal die
4:08 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
4:17 Lichtgeschwindigkeit c im Quadrat berechnen J ein Photon hat eine Masse aber keine ruheasse da sich als Licht ja immer mit der Lichtgeschwindigkeit c
4:27 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
4:37 formelchen an hier steht eine typische Teilchengröße nämlich der Impuls und eine typische wellengröße nämlich die Wellenlänge drin das nennt man Welle
4:46 teilchendualismus ein Quantenobjekt besitzt sowohl Welle als auch teilchencharakter erst durch die äußeren Umstände entscheidet es welchen
4:54 Charakter es annimmt wenn euch jemand nach einem Beispiel für den wellenteilchenendualismus fragt dann könnt ihr genau dieses Beispiel hier
5:02 bringen ihr habt einen Doppelspalt und eine Quelle die einzelne Elektronen auf den Spalt schießen kann Elektronen sind nämlich auch Quantenobjekte und gehechen
5:11 auch den Gesetzen der Quantenphysik wenn ihr jetzt einen Detektor an euren Doppelspalt anbringt und MST wo das Elektron durchgeht dann fliegen die
5:20 Elektronen wie ein Teilchen durch einen der beiden Spalte durch und erzeugen zwei fette Balken auf dem Schirm hinten das ist der teilchencharakter eines
5:28 quantenobjektes unterlasst ihr aber die Messung des doppelspaltes also durch welchen Spalt das Elektron durchfliegt dann entsteht
5:36 nach ein paar tausend Elektronen auf dem Schirm das für einen Doppelspalt typische Interferenzmuster das Elektron verhält
5:44 sich so als ob es eine Welle wäre und irgendwie durch beide Spalte durchgeht und dann auf dem Schirm das Interferenzmuster
5:51 erzeugt je nachdem ob ihr also messt oder nicht MST besitzt das Elektron Teilchen oder Wellencharakter welcher Charakter am
6:00 Ende ausgeprägt wird hängt von den äußeren Umständen ab ein berühmtes Gedankenexperiment dazu brachte erwin Schrödinger nämlich Schrödingers Katze
6:09 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
6:19 entscheidet sich erst wenn man nachschaut im Moment der Messung das müsst ihr fürs Abi unbedingt im Kopf haben Quantenobjekte sind sowohl Welle
6:28 als auch Teilchen erst eine Messung durch z.B Beobachtung entscheidet welchen Charakter sie ausbilden und wenn wir schon bei Elektronen als
6:37 Quantenobjekte sind Elektronen kann man natürlich dann auch Welleneigenschaften wie eine Wellenlänge zuweisen die nennt man debrogli Wellenlänge und berechnet
6:45 sich zu h durch den elektronenimpuls P dieser welleteilchendualismus hat auch eine weitere Folge Wellen sind ja total
6:53 delokalisiert also nicht ortsfest wenn Quantenobjekte auch Wellencharakter haben dann sind sie ja auch delokalisiert oder jo ein Elektron
7:03 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
7:11 einer wahrscheinlichkeitswolke um das Atom herum verschmiert diese Wolke wird dann Orbital genannt hier seht ihr so ein paar
7:20 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
7:29 Charakter annehmen und an irgendeinem Ort sein und wir würden es als Teilchen wahrnehmen W diesen Welle teilchendualismus verinnerlicht habt
7:38 gibt es noch zwei Dinge von denen ihr zumindest den Namen können solltet in der Quantenphysik existieren nämlich zwei sogenannte Unschärfe Relationen
7:47 diese beiden Relationen verbinden zwei Größen und sagen dass nicht beide exakt definiert sein können die eine ist die ortsimpulsunschärfe auch heisenbergische
7:57 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
8:08 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
8:19 groß man kann also nur entweder den Impuls oder den Ort genau bestimmen und die andere Größe verschmiert die zweite Unschärfe die ihr
8:28 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
8:40 angeben last but not least gibt es noch die wichtigste Gleichung der Quantenphysik die Schrödingergleichung da die so ein richtiger Brocken ist und
8:49 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
8:57 die Schrödinger Gleichung ist eine dimensionale zeitabhängige Differentialgleichung mit deren Lösung man die
9:04 Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines quantenobjektes beschreiben kann mit der werdet ihr wie gesagt nicht rechnen müssen aber falls jemand wissen will was
9:12 sie kann solltet ihr diese beiden Stichpunkte nennen können fassen wir das noch mal ganz kurz zusammen mit dem hier skizzierten fotoelektrischen Effekt
9:20 wurde entdeckt das Licht quantisiert Auftritt also in Portionen jeder lichtportion kurz Photon kann man eine Masse eine Energie und einen Impuls
9:30 zuordnen in der Quantenphysik müsst ihr insgesamt etwas anders denken es gibt nun nicht mehr nur eine Welle und nur ein Teilchen sondern den
9:39 welleteilchendualismus der besagt dass ein Quantenobjekt sowohl Welle als auch teilchencharakter besitzt und sich erst durch die äußeren Umstände entscheidet
9:48 was es annimmt beispiele hierfür sind die beiden unschärfrelation man kann bei einem Quantenobjekt z.B nur Ort Teilchen oder Impuls Welle beliebig genau
9:58 bestimmen wenn es euch gefallen hat erzählt euren Freunden von uns ansonsten sagen wir viel Erfolg fürs Abi bis dann haut rein
10:05 und ciao