Das Video kommt von YouTube: erst beim Abspielen verbindet sich die Seite mit YouTube (Google).
Atom und Kernphysik - Abitur-Zusammenfassung
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 84 Zeilen
- Sooo wisst ihr im Moment nicht wo euch vorm ABI der Kopf steht und braucht wieder mal eine Gedankenstütze? Kein Problem denn heute machen wir euch zum Thema Atom-Kernphysik und Radioaktivität
- zu absoluten Pros ;) Fangen wir zur Vollständigkeit mit den absoluten Basics ausm Kindergarten an.
- Ein Atom besteht aus einer Atomhülle und einem Atomkern.
- Im Atomkern sitzen noch kleinere Teilchen, nämlich die Kernteilchen oder Nukleonen genannt.
- Von diesen Kernteilchen schräägstrisch Nukleonen gibt es 2 Sorten: Nämlich die Protonen und die Neutronen.
- In der atomhülle gibt es auch noch eine sorte Teilchen, nämlich das Elektron.
- Diese 3 Teilchen haben alle unterschiedliche Ladungen. Das Proton ist Positiv, das Neutron besitzt keine Ladung
- und das Elektron ist negativ geladen. Merkt euch das am besten so:
- PROton, Pro= Positiv Neutron=NEUTRal = keine Ladung
- Elektron= ist negativ drauf weil es nicht zu den Kernteilchen gehört. So, jetzt noch was im Atom so abgeht:
- Fast die ganze Atommasse steckt im Atomkern, genauer gesagt, über 99.99% ! Dabei, ist der Atomkern extrem winzig und das Atom selber im vergleich zum Kern rieesig.
- Wir stellen uns das mal bildlich vor, damit wir das vergleichen können. Wenn ein Reiskorn am Aufschlagpunkt eines Fussballstadions den Atomkern darstellt,
- so ist die Hülle die Mauer des Stadions. Sprechpause
- Doch warum ist fast die ganze Masse in diesem ultrakleinen dingens??? Die Masse eines Protons beträgt 1,67 * 10^-27kg
- Die Masse eines Elektrons beträgt 9,11 * 10-31kg Das Proton ist also 1800 mal so schwer wie das Elektron!!
- Wir sehen also das die Masse des Protons extrem ist, im vergleich zum Elektron. Kommt noch die Frage warum die Elektronen jetzt um den Kern herumsausen.
- Und ja an die Klugscheißer: Formal korrekt ist das nicht! Aber gleich mehr dazu!
- Auf jeden Fall entsteht zwischen den protonen und den Elektronen eine Kraft, die sogenannte elektrostatische Kraft.
- Positiv und negativ zieht sich halt an. Und genau jetzt schreien die Blitzmerker!
- Würde das nicht bedeuten, dass die Protonen im Kern sich auch gegenseitig abstossen? Also so dass der ganze Kern zusammenfällt?
- Genau dafür sind die Neutronen da, sie halten den Kern zusammen. Warum, würde uns die Quantenmechanik erklären aber genau da hören wir jetzt auf.
- Schauen wir uns jetzt noch kurz an, was für Ladungen im Proton und im Elektron sind. Beide besitzen die Ladung: 1,602*10^-19C (couloumb).
- 1,602*10^-19C ist die Elementarladung e, dies ist die kleinste Ladungsmenge. Übrigens, das müsst ihr als absolute Grundlage auch wissen:
- Man kann nur ein ganzzahlig Vielfaches der Elementarladung haben. z.b.
- 5*(-e) aber nicht 5,5*(-e). denn habt ihr schonmal ein halbes Elektron oder Proton gesehn?
- *bdm tss* So kommen wir mal zum Anspruchsvolleren Teil :P
- Im Abi ist die Kernfusion und Kernspaltung wichtig. Die Kernfusion ist der Vorgang wobei zwei leichte Atome
- zu einem schweren Atom plus Energie fusioniert. Wie kann man sich das jetzt am besten vorstellen?
- Am besten guckt ihr(wenns noch Tag ist, ausm Fenster) Da seht ihr dann die Sonne
- Die Sonne betreibt nämlich genau in diesem Moment, Kernfusion. In der Sonne schwirren ganz viele Wasserstoffatome umher.
- Wenn wir jetzt vier Wasserstoffatome fusionieren, kriegen wir ein Heliumatom + 2 Protonen
- + Energie Würden wir jetzt weitermachen,
- dann fusionieren wir 3 Heliumatome und kriegen ein Kohlenstoffatom + Energie Exakt so macht das unsere Sonne.
- Wasserstoff zu Helium, Helium zu Kohlenstoff,
- Kohlenstoff zu Sauerstoff usw.
- bis sie bei Eisen angelangt ist. Eisen ist hierbei das Endprodukt.
- Das war die KernFUSION! Doch jetzt wirds Spannend:
- Vielleicht haben manche schon bemerkt, das bei der KernSPALTUNG auch Energie gewonnen wird, denn genau so funktionieren ja unsere AKW`s
- Aber dennoch wird bei der Kernfusion genau so Energie gewonnen. Wie geht das??
- Man merke: Kernfusion→ Verbindet Atome Kernspaltung→ Trennt Atome
- Jetzt wird unser liebes Eisen ganz schön wichtig! Ihr müsst unbedingt dieses Diagramm hier kennen :)
- Auf der x-Achse ist aufgezeichnet, wie schwer ein Atom ist (Massezahl) Auf der y-Achse ist die Bindungsenergie aufgetragen.
- Jetzt gibt es bei der Bindungsenergie einen Höchstwert und der liegt bei…. Eisen!
- Wir haben vorhin gesehn, dass das Eisen, das Endprodukt der Kernfusion ist. Von der Kernspaltung ist Eisen lustigerweise auch das Endprodukt.
- Aus allem was leichter ist als Eisen, also links davon liegt, kann man Energie gewinnen durch FUSION.
- Z.b. Aus Wasserstoff.
- Sind die Elemente schwerer als Eisen, dann können wir nur durch KernSPALTUNG, Energie da rausholen.
- Beispiel: Uranium Könnte man das Zeug jetzt auch benutzen um auf der Erde, Strom zu erzeugen?
- Leider ist das ganze nicht so einfach, denn da kommen einige Faktoren dazu, welche das ganze nicht so einfach machen.
- Einer dieser Faktoren ist der sogenannte Tunneleffekt, den ihr auch fürs Abi können müsst :) Nebenbei: Wir kommen jetzt endlich zur Quantenmechanik :)
- Wir haben Atome welche in einem Potenzialtopf sitzen. Die Wände des Topfes sind verdammt hoch!
- Das Atom hat also Theoretisch gar keine Chance da raus zu kommen. Eben doch ! Sagt die Quantenmechanik.
- In der Quantenmechanik, hat das Atom in diesem Behälter keinen festen Platz mehr, sondern es gibt wahrscheinlichkeiten wo es sich befinden kann.
- Nämlich anhand dieser Kurve. Die Kurve sagt jetzt also wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass das Atom an dem Ort ist,
- Wie man auf der Kurve sieht, gibt es eine kleine Wahrscheinlichkeit, dass sich dieses Atom ausserhalb des Behälters befindet o.O
- Genau das sorgt dafür, dass die Sonne Kernfusion betreiben kann. In der Sonne, sitzen die Atome innerhalb ihrer Coulombbarieren, also auch in solcehn Töpfen
- drin. Diese Barrieren sind krank hoch.
- Die Temperatur und der Druck in der Sonne würde aber nicht ausreichen um die Atome aus diesem Topf rauszubringen.
- Aber jetzt kommt der Tunneleffekt. Denn mit einer sehr kleinen Wahrscheinlichkeit, befindet sich ein Atomkern nicht in seinem,
- sondern in einem Topf eines anderen atomkerns! Somit ist die Coulombkraft überwunden und die Wechselwirkung fusioniert beide Atomkerne.
- Für alle die es nicht glauben können, guckt raus in die Sonne, das ist der Beweis :) Nach diesem absoluten Mind-Blow, kommen wir wieder zu etwas much more relaxing.
- Im Abi müsst ihr sicher noch die 3 Zerfallsarten kennen. Nämlich den alpha -zerfall, den beta-Zerfall
- und die gamma-strahlung Warum hinter gamma, jetzt Strahlung steht und nicht zerfall, das erfahrt ihr gleich.
- Kommen wir also zum alpha-zerfall Als Beispiel nehmen wir ein Isotop eines Uranatoms Isotop bedeutet dass die Anzahl der Protonen
- nicht gleich ist wie die Anzahl der Neutronen Wir haben also Uranium mit der Ordnungszahl 92 oben.
- Und unten die Massezahl 235. Beim alpha Zerfall, wird eine alpha-teilchen aus dem Atomkern rausgeschossen.
- Ein Alphateilchen ist ein einfacher heliumatomkern. Der Heliumkern wird aus dem Uranatom rausgelöst.
- Damit fehlt dem Uran 2 Protonen, 2 Neutronen. Somit wird die Ordnungszahl 92 zu 90 und somit wird Uran zum Element Thorium.
- Die Massezahl wird natürlich um 4 verringert. Der beta- Zerfall funktioniert ähnlich.
- Nur wird dort ein Beta teilchen rausgelöst. Das ist ein Elektron welches aus dem Kern kommt.
- Schhhhtop… Ein Elektron kommt aus dem Kern? Dad sind doch die dingerle welche um den Kern kreisen??
- Absolut richtig, jedoch kommt das Elektron wirklich aus dem Kern. Im Kern wird nämlich ein Neutron gespalten..
- und aus dem gespalteten Neutron, wird ein Elektron und ein Proton. Und dieses Elektron wird rausgeschmissen.
- Doch was passiert jetzt mit unserem Uran? Es ist schonmal sicher das ein Elektron rausfliegt.
- Nämlich das beta teilchen. Jedoch kriegen wir noch ein Proton dazu.
- Unsere ordnungszahl steigt deshalb um 1 → 93 Danach haben wir Neptunium.
- Mit der massezahl 235 die gleich bleibt, da ein Neutron weg geht aber ein Proton dazukommt. Kommen wir also zu der gamma- Strahlung.
- Strahlung, weil da nichts zerfällt ;) Es wird nämlich elektromagnetische strahlung ausgesendet.
- Dies wird in hand eines Photons abgegeben. Ein Photon ist ein kleines Lichtteilchen.
- Unser Uranatom sendet also einfach eine Elektromagnetische Welle aus. Wie ihr alle schon wisst, Radioaktivität ist sehr ungesund.
- Wie kann man sich also davor schützen? Alpha-Strahlung kann schon von einem blatt Papier abgeschirmt werden.
- Beta-Strahlung benötigt schon ein Metallblech das einige milimeter dick ist. Bei der gamma Strahlung benötigt man schone eine richtig dicke Bleiwand.
- Ende Sooo wir hättens geschafft.
- Falls ihr in der Physik noch andere Themen zusammengefasst haben wollt dann checkts auf unserem App, oder auf The Simple Physics.
Zum Nachlesen
RadioaktivitätBeim Alpha-Zerfall emittiert der Atomkern ein Alphateilchen, das aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht. · Beim Beta-Zerfall im engeren Sinn emittiert der …
ProtonDer Atomkern des gewöhnlichen Wasserstoffs ist ein einzelnes Proton. Daher wird das Proton auch als Wasserstoffkern oder Wasserstoffion bezeichnet. Diese …
NeutronDas Neutron [ˈnɔɪ̯trɔn] (Plural Neutronen [ nɔɪ̯ˈtroːnən]) ist ein elektrisch neutrales subatomares Teilchen. Es ist neben dem Proton Bestandteil fast aller …
ElektronElektronen sind Bestandteile von Atomen und damit von jeder Art gewöhnlicher Materie. Sie sind an den Atomkern gebunden und bilden die Elektronenhülle des Atoms …