Kernphysik Grundlagen für das Physik Abitur | Strahlungsarten | Zerfallsgesetz
Dr. Claudi Curie
https://www.youtube.com/watch?v=AJRffQTNuVU

Transkript (automatisch erstellt)

0:00 hallo und herzlich willkommen schön dass du eingeschaltet hast heute zeige ich dir die basics der kernphysik wie du wissen solltest um die kernphysik
0:08 aufgabe im abitur in physik lösen zu können im wesentlichen sind es auch nur vier sachen es ist einmal die darstellung
0:16 eines radionuklid es ist zum anderen die strahlungsarten und einige eigenschaften dazu es ist die berechnung der frei werdenden energie und es ist das
0:26 zerfalls gesetzt als erstes müssen wir wissen wie wir einen radionuklid aufschreiben und darstellen können also jedes radionuklid setzt sich zusammen
0:36 aus einem chemischen element können wir mal im allgemeinen xl schreiben und als beispiel können wir sie um nehmen im tafel mehr können wir nachschauen welche
0:47 ordnungszahl dieses chemische element habt also durch welches zs sich kennzeichnet bei cäsium sind es zb 55 protonen im kern das cäsium hat die
0:59 ordnungszahl 55 außerdem wird ein radionuklid durch die massen zahl an definiert und die machen zwar ist die summe aus den protonen im kern plus den
1:14 neutronen im kern also a ist gleich z plus enden so gibt es zum beispiel das radionuklid cäsium-137 könnte die frage auftauchen
1:30 wie viel neutronen hat dieses radionuklid im kern und da rechnen wir dann einfach nur die massen zahl - die ordnungszahl also dass weder 137 55
1:43 das wären 82 es gibt zum beispiel auch 10 735 das heißt dort unterscheiden sich nicht die ordnungszahlen denn das cäsium hat
2:04 immer 55 protonen im kern allerdings ist die massen zahl unterschiedlich das helium 135 hat zwei neutronen weniger als 10 737 im kern die
2:16 gleichen elemente mit unterschiedlichen massen zahlen nennen wir isotope ja und das ist schon das erste was wir müssen müssen und so können wir gleich
2:25 weitergehen zu den verschiedenen strahlungsarten bei radioaktiven zerfall können verschiedene strahlungsarten auftreten
2:52 die alpha strahlung die beta - oder besser plus strahlung und die gammastrahlung was verbirgt sich hinter den
2:59 verschiedenen strahlungsarten die alpha strahlung sind helium kerne das heißt wir haben die ordnungszahl 2 also kernladung zeit zwei daher jung
3:12 das zweite element im periodensystem der elemente ist und die alpha strahlung hat immer die massen zahl 4 das heißt dort sind also auch zwei
3:21 neutronen die beta - strahlung besteht aus elektronen die bestrahlung hingegen aus positronen gamma strahlung ist elektromagnetische strahlung für jede
3:44 strahlung sad können wir eine allgemeine gleichung angeben wenn sich ein radionuklid umwandelt und der aussendung dieser strahlungs art für alpha
3:52 strahlung können wir also mal sagen dass ich im allgemeinen das radionuklid iks mit der kern ladungs zahl z und der massen zahl a umwandeln sollen wobei
4:03 alphastrahlung imitiert werden soll dabei könnt ihr entweder ein verschreiben oder australien
4:13 dabei ist die schreibweise mit dem hier jung einfacher um den neuen entstanden den stern zu charakterisieren der besteht aus einem anderen chemischen
4:24 element y und setzt sich aus der ordnungszahl z2 und der massen falla -4 zusammen das muss sein denn die machen zahl und
4:35 die ordnungszahl müssen vor und nach dem zerfall gleich sein kurze erklärung dass die massen zahl vor nach dem zerfall gleich sein wollte resultiert aus dem
4:46 gesetz der erhaltung der masse und dass die ordnungszahl oder besser gesagt die ladung zahl vor nach dem zerfall gleich sein muss kommt aus dem gesetz zum
4:57 halt der ladung und weiter geht's also wir haben hier die ordnungszahl set und hier haben wir z - zwei plus zwei also wieder zeit und für die massen zahl
5:09 haben wir vor dem zerfall und nach dem zerfall haben wir minus 4 + 4 das heißt also wenn wir ein kern gegeben haben mit der aussage er soll unter
5:20 aussendung von alpha strahlung zerfallen können wir direkt bestimmen wie der neue kern aussehen muss wir können im periodensystem also nachschauen dass der
5:30 neue kern die ordnungszahl haben muss die um 2 niedriger ist als die des ausgangs kerns und wir können auch direkt die massen zahl bestimmen die
5:38 nämlich um 4 geringer ist als die des ausgangs kerns okay für die beta - und wetter plus strahlung können wir genauso eine allgemeine gleichung aufstellen
5:49 bevor wir das aber machen wollen wir uns anschauen was genau da passiert bei der bestrahlung wird immer ein neutron in ein proton umgewandelt und dabei wird
6:00 ein elektron ausgesendet also wir können schreiben ein neutron wird in ein proton umgewandelt und ein elektron wird ausgesendet wenn man es ganz genau nimmt
6:13 dann wird auch noch ein elektron antineutrinos ausgesendet je nachdem ob ihr das auch im unterricht behandelt habt müsst ihr das aufschreiben manchmal
6:23 in grundkursen wird das nicht unbedingt behandelt okay auch für das neutronen und das proton können wir die ordnungszahl und die massen zahl angeben
6:34 die ladung site von neutronen ist nur dass ungeladen ist und die massen zahl ist ein proton hat die ladung site plus eins und die machen zahl 1 ein elektron
6:45 hat die massen zahl von 0 enthält kein protonen neutronen und hat eine ladung von minus 1 und das anti und das elektron
6:54 antineutrinos falls ihr das behandelt hat 0 und 0 genau das sollten uns mehr geld für die prüfung und wenn wir das wissen können
7:03 wir auch die allgemeine gleichung für den zerfall unter aussendung von wetter - strahlung aus beschreiben
7:15 wenn ein kern mit der ordnungszahl z und der massen zahler unter aufwendung von beta strahlung zerfällt von wetter - strahlung zerfällt wird auf jeden fall
7:26 ein elektron emittiert und der neue camps i lon hat dementsprechend die gleiche massen zahl wieder ausgangs kern da ändert sich nichts
7:37 und bezüglich der ordnungszahl ist die ordnungszahl um 1 erhöht wurden also z +1 das heißt also wenn wir einen kern gegeben haben und die information dass
7:49 er über bitter - strahlung zerfällt können wir auch hier wieder im periodensystem nachschauen welches element dort entsteht denn wir brauchen
7:57 nur zu dem element gehen was eine ordnungszahl höher liegt als der ausgangs kern die machen zahl bleibt dabei gleich schauen wir uns das auch
8:08 für die blätter plus strahlung an also wir haben ein proton das wird in ein neutrum umgewandelt unter aussendung eines polit ronens je nachdem ob ihr das
8:20 wieder durch nimmt oder nicht in der schule wird hier noch ein elektron neutrinos gesendet das positron hat die massen zahlen 0 und
8:30 ist einfach positiv geladen also ladungs zeit +1 mit den informationen können wir auch den allgemein zerfall aufschreiben
8:42 wir haben einen kern mit der ordnungszahl stadt und der machen zahl dieser soll fallen unter aussendung eines positionen wie wird nun also der
8:51 neue kern aussehen er besteht aus dem chemischen element y wobei die massen zeitgleich sein wird wie der kern der zerfallen ist und wir
9:00 werden eine ordnungszahl haben die um 1 verringert ist gegenüber des ausgangs kerns also z -1 ja wunderbar so wie sie das nun für die gammastrahlung aus bei
9:16 der gammastrahlung wird vor und nach dem zerfall kein unterschiedliches chemisches element gebildet sondern es ist vielmehr so dass davor das
9:25 radionuklid im angeregten zustand ist dies kann zum beispiel sein wenn es ein entstandenes look lied ist aus einem alpha oder beta zerfall und dann ist es
9:38 im angeregten zustand wie schreiben wir das als allgemeine reaktions gleichung wir haben einen kern mit der ordnungszahl z und der massen zahl und
9:49 dieser befindet sich im angeregten zustand das kennzeichnen wir durch ein sternchen und dieser erreicht einen stabilen zustand unter aussendung von
9:57 gamma-strahlung ja und der stabile zustand das ist jetzt ganz einfach das ist der das gleiche chemische element mit der gleichen ordnungszahl zart und
10:07 dergleichen massen zahlbar wunderbar außerdem ist oft gefragt wie weit die reichweite der verschiedenen strahlungen in luft ist alpha strahlung hat die
10:19 geringste reichweite in luft von nur einigen zentimetern wetter - und besser plus strahlung können bis zu einigen metern erreichen das ist von ihrer
10:28 energie abhängig die gammastrahlung hat eine sehr hohe reichweite in luft die wird nur sehr gering durch die gas partikel der luft geschwächt
10:37 als nächstes schauen wir uns an wie wir die freigesetzte energie berechnen die während eines zerfalls freigesetzt wird
10:59 eine typische frage stellung im themenbereich kernphysik im abitur ist die berechnung der freigesetzten energie während des zerfalls
11:09 und das ist eigentlich relativ einfache berechnung denn wir wissen ja energie können wir auch darstellen als maximal lichtgeschwindigkeit zum quadrat
11:18 die freigesetzte energie delta ist dann genau die masse differenz mal lichtgeschwindigkeit zum quadrat was ist damit gemeint damit ist gemeint
11:30 die masse des kerns vor dem zerfall - die masse des kerns nachdem klafft also wir können schreiben die masse des kerns vor dem zerfall in hatten wir jetzt
11:40 immer genannt - die masse des kerns nach dem zerfall also oops i lon mal c quadrat dabei sind die massen der kerne vor nach
11:51 dem zerfall eigentlich immer im text gegeben der aufgabe und so können wir die freigesetzte energie berechnen ja das ist schon alles prima können wir
12:01 auch schon zum nächsten und letzten thema übergehen nämlich dem zach falsch gesetzt
12:21 schleppte thema was wir durch hin wollen und was auf jeden fall auch in der kernphysik aufgabe im abitur in irgendeiner art und weise daran kommt
12:29 ist das zerfalls gesetzt und dieses besagt wie viel kerner also die anzahl der kerne n zu einem zeitpunkt t vorliegen
12:38 dies können wir berechnen indem wir die anzahl der kerne zum zeitpunkt null kennen also 1 0 und noch mit einer exponential funktion multiplizieren
12:50 dabei heißt es eh hoch - allen 2 durch halbwertszeit t12 mal derzeit t wie sie zu etwas aus wir können einmal die anzahl der kerne über einen zeitraum t
13:08 darstellen ja also wir können zum beispiel sagen t ein halb lange x te ein halb ist 30 jahre so dann können wir auf die tx
13:24 achse 30 jahre 60 jahre 90 und 120 jahren machen in jahren
13:43 nehmen wir an zum zeitpunkt null beträgt die anzahl der kerne 40.000 das heißt also das wäre unser 1 0 nach 30 jahren das heißt nach einer halbwertszeit
13:55 halbiert sich diese anzahl das heißt nach 30 jahren liegen statt 40.000 kerne nur noch 20.000 kerne vor nach 60 jahren ist auch dieser wert
14:08 wieder halbiert worden das heißt statt 20.000 haben wir dort 10.000 kerne nach der dritten halbwertszeit haben wir von diesem wert
14:18 wieder die hälfte das heißt nur noch 5000 kerne und nach der vierten halbwertzeit nur noch 2500 wir sehen also hier einen exponentiellen
14:28 zusammenhang könnten wir also auch nochmal schreiben das ist tee ein halb das ist zwei mal tee ein halb das ist drei mal tee ein halb und das ist vier
14:38 mal tee ein halb dadurch lässt sich ein diagramm für so eine aufgabe sehr schnell erstellen da er wirklich die halbwertszeit durch aufschreiben können
14:47 und dann die anzahl immer genau halbiert sehr oft wird in der abitur aufgabe einmal nach derzeit t nach einer bestimmten grenze zeit gefragt oder auch
14:59 nach der halbwertszeit das heißt diese gleichung müssen wir sicher nach tee und nachts ihren halb umstellen können und das können wir ja einmal gemeinsam
15:07 machen sagen wir gesucht ist die zeit t wollen also einmal nachts umstellen das heißt wir bringen erst mal die null auf die andere seite und haben stehen in
15:20 von thees durch 0 um t bestimmen zu können was mit den natürlichen logarithmisch anwenden denn
15:33 dann ist alles was im exponenten steht ohne die exponential funktionen dar und hier können wir auch den natürlichen logarithmische anwenden also
15:53 ja also alles was hier im exponenten stand steht jetzt da wenn wir den natürlichen logarithmisch auf die funktion anwenden um nach dem umstellen
16:01 müssen wir jetzt also nur noch tee ein halb auf die andere seite bringen durch jens war und das minuszeichen dividieren und haben dann die ist gleich
16:24 ok die andere frage könnte nun sein wie groß ist die halbwertszeit das heißt wir müssen auch diese gleichung nach der halbwertszeit umstellen können
16:34 und da können wir auch schon bis zu dem schritt umstellen und dann nach t ein hype umstellen das heißt t ein halb müssen wir hier auf
16:43 die andere seite bringen und diesen terminen von thees durch 0 noch hier in den nenner bringen so dass die ein halb
17:06 so dass wir für die halbwertzeit diese gleichung haben ja und die letzte sache ist noch die aktivität da sollten auch ein bisschen wissen was das ist die
17:17 aktivität geben wir mit großer an und das ist genau die anzahl der kerne mal dieses verfalls konstante lambda und die zerfalls konstante ist genau allen 2
17:30 durch t12 und die einheit der aktivität ist somit aufgrund der halbwertszeit in der zerfalls konstante 1 durch sekunde und im falle der aktivität wird das
17:47 becquerel genannt abgekürzt mit bbq so und mit diesem basic seid ihr eigentlich schon relativ sicher wenn ihr drauf habt für die kernphysik aufgabe im abitur
18:00 viel spaß dabei und bis zum nächsten mal