Atom und Kernphysik - Abitur-Zusammenfassung
Physik - simpleclub
https://www.youtube.com/watch?v=RrR96kbC3MQ

Transkript (automatisch erstellt)

0:10 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
0:19 zu absoluten Pros ;) Fangen wir zur Vollständigkeit mit den absoluten Basics ausm Kindergarten an.
0:31 Ein Atom besteht aus einer Atomhülle und einem Atomkern.
0:34 Im Atomkern sitzen noch kleinere Teilchen, nämlich die Kernteilchen oder Nukleonen genannt.
0:39 Von diesen Kernteilchen schräägstrisch Nukleonen gibt es 2 Sorten: Nämlich die Protonen und die Neutronen.
0:46 In der atomhülle gibt es auch noch eine sorte Teilchen, nämlich das Elektron.
0:50 Diese 3 Teilchen haben alle unterschiedliche Ladungen. Das Proton ist Positiv, das Neutron besitzt keine Ladung
0:58 und das Elektron ist negativ geladen. Merkt euch das am besten so:
1:02 PROton, Pro= Positiv Neutron=NEUTRal = keine Ladung
1:08 Elektron= ist negativ drauf weil es nicht zu den Kernteilchen gehört. So, jetzt noch was im Atom so abgeht:
1:14 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.
1:25 Wir stellen uns das mal bildlich vor, damit wir das vergleichen können. Wenn ein Reiskorn am Aufschlagpunkt eines Fussballstadions den Atomkern darstellt,
1:34 so ist die Hülle die Mauer des Stadions. Sprechpause
1:37 Doch warum ist fast die ganze Masse in diesem ultrakleinen dingens??? Die Masse eines Protons beträgt 1,67 * 10^-27kg
1:45 Die Masse eines Elektrons beträgt 9,11 * 10-31kg Das Proton ist also 1800 mal so schwer wie das Elektron!!
1:56 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.
2:05 Und ja an die Klugscheißer: Formal korrekt ist das nicht! Aber gleich mehr dazu!
2:09 Auf jeden Fall entsteht zwischen den protonen und den Elektronen eine Kraft, die sogenannte elektrostatische Kraft.
2:16 Positiv und negativ zieht sich halt an. Und genau jetzt schreien die Blitzmerker!
2:20 Würde das nicht bedeuten, dass die Protonen im Kern sich auch gegenseitig abstossen? Also so dass der ganze Kern zusammenfällt?
2:27 Genau dafür sind die Neutronen da, sie halten den Kern zusammen. Warum, würde uns die Quantenmechanik erklären aber genau da hören wir jetzt auf.
2:35 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).
2:45 1,602*10^-19C ist die Elementarladung e, dies ist die kleinste Ladungsmenge. Übrigens, das müsst ihr als absolute Grundlage auch wissen:
2:55 Man kann nur ein ganzzahlig Vielfaches der Elementarladung haben. z.b.
3:00 5*(-e) aber nicht 5,5*(-e). denn habt ihr schonmal ein halbes Elektron oder Proton gesehn?
3:05 *bdm tss* So kommen wir mal zum Anspruchsvolleren Teil :P
3:09 Im Abi ist die Kernfusion und Kernspaltung wichtig. Die Kernfusion ist der Vorgang wobei zwei leichte Atome
3:16 zu einem schweren Atom plus Energie fusioniert. Wie kann man sich das jetzt am besten vorstellen?
3:21 Am besten guckt ihr(wenns noch Tag ist, ausm Fenster) Da seht ihr dann die Sonne
3:26 Die Sonne betreibt nämlich genau in diesem Moment, Kernfusion. In der Sonne schwirren ganz viele Wasserstoffatome umher.
3:32 Wenn wir jetzt vier Wasserstoffatome fusionieren, kriegen wir ein Heliumatom + 2 Protonen
3:37 + Energie Würden wir jetzt weitermachen,
3:41 dann fusionieren wir 3 Heliumatome und kriegen ein Kohlenstoffatom + Energie Exakt so macht das unsere Sonne.
3:47 Wasserstoff zu Helium, Helium zu Kohlenstoff,
3:50 Kohlenstoff zu Sauerstoff usw.
3:52 bis sie bei Eisen angelangt ist. Eisen ist hierbei das Endprodukt.
3:56 Das war die KernFUSION! Doch jetzt wirds Spannend:
4:00 Vielleicht haben manche schon bemerkt, das bei der KernSPALTUNG auch Energie gewonnen wird, denn genau so funktionieren ja unsere AKW`s
4:07 Aber dennoch wird bei der Kernfusion genau so Energie gewonnen. Wie geht das??
4:12 Man merke: Kernfusion→ Verbindet Atome Kernspaltung→ Trennt Atome
4:17 Jetzt wird unser liebes Eisen ganz schön wichtig! Ihr müsst unbedingt dieses Diagramm hier kennen :)
4:22 Auf der x-Achse ist aufgezeichnet, wie schwer ein Atom ist (Massezahl) Auf der y-Achse ist die Bindungsenergie aufgetragen.
4:29 Jetzt gibt es bei der Bindungsenergie einen Höchstwert und der liegt bei…. Eisen!
4:35 Wir haben vorhin gesehn, dass das Eisen, das Endprodukt der Kernfusion ist. Von der Kernspaltung ist Eisen lustigerweise auch das Endprodukt.
4:42 Aus allem was leichter ist als Eisen, also links davon liegt, kann man Energie gewinnen durch FUSION.
4:48 Z.b. Aus Wasserstoff.
4:50 Sind die Elemente schwerer als Eisen, dann können wir nur durch KernSPALTUNG, Energie da rausholen.
4:56 Beispiel: Uranium Könnte man das Zeug jetzt auch benutzen um auf der Erde, Strom zu erzeugen?
5:00 Leider ist das ganze nicht so einfach, denn da kommen einige Faktoren dazu, welche das ganze nicht so einfach machen.
5:07 Einer dieser Faktoren ist der sogenannte Tunneleffekt, den ihr auch fürs Abi können müsst :) Nebenbei: Wir kommen jetzt endlich zur Quantenmechanik :)
5:14 Wir haben Atome welche in einem Potenzialtopf sitzen. Die Wände des Topfes sind verdammt hoch!
5:20 Das Atom hat also Theoretisch gar keine Chance da raus zu kommen. Eben doch ! Sagt die Quantenmechanik.
5:26 In der Quantenmechanik, hat das Atom in diesem Behälter keinen festen Platz mehr, sondern es gibt wahrscheinlichkeiten wo es sich befinden kann.
5:34 Nämlich anhand dieser Kurve. Die Kurve sagt jetzt also wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass das Atom an dem Ort ist,
5:40 Wie man auf der Kurve sieht, gibt es eine kleine Wahrscheinlichkeit, dass sich dieses Atom ausserhalb des Behälters befindet o.O
5:46 Genau das sorgt dafür, dass die Sonne Kernfusion betreiben kann. In der Sonne, sitzen die Atome innerhalb ihrer Coulombbarieren, also auch in solcehn Töpfen
5:55 drin. Diese Barrieren sind krank hoch.
5:58 Die Temperatur und der Druck in der Sonne würde aber nicht ausreichen um die Atome aus diesem Topf rauszubringen.
6:03 Aber jetzt kommt der Tunneleffekt. Denn mit einer sehr kleinen Wahrscheinlichkeit, befindet sich ein Atomkern nicht in seinem,
6:10 sondern in einem Topf eines anderen atomkerns! Somit ist die Coulombkraft überwunden und die Wechselwirkung fusioniert beide Atomkerne.
6:18 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.
6:27 Im Abi müsst ihr sicher noch die 3 Zerfallsarten kennen. Nämlich den alpha -zerfall, den beta-Zerfall
6:33 und die gamma-strahlung Warum hinter gamma, jetzt Strahlung steht und nicht zerfall, das erfahrt ihr gleich.
6:38 Kommen wir also zum alpha-zerfall Als Beispiel nehmen wir ein Isotop eines Uranatoms Isotop bedeutet dass die Anzahl der Protonen
6:46 nicht gleich ist wie die Anzahl der Neutronen Wir haben also Uranium mit der Ordnungszahl 92 oben.
6:52 Und unten die Massezahl 235. Beim alpha Zerfall, wird eine alpha-teilchen aus dem Atomkern rausgeschossen.
6:58 Ein Alphateilchen ist ein einfacher heliumatomkern. Der Heliumkern wird aus dem Uranatom rausgelöst.
7:05 Damit fehlt dem Uran 2 Protonen, 2 Neutronen. Somit wird die Ordnungszahl 92 zu 90 und somit wird Uran zum Element Thorium.
7:14 Die Massezahl wird natürlich um 4 verringert. Der beta- Zerfall funktioniert ähnlich.
7:19 Nur wird dort ein Beta teilchen rausgelöst. Das ist ein Elektron welches aus dem Kern kommt.
7:25 Schhhhtop… Ein Elektron kommt aus dem Kern? Dad sind doch die dingerle welche um den Kern kreisen??
7:30 Absolut richtig, jedoch kommt das Elektron wirklich aus dem Kern. Im Kern wird nämlich ein Neutron gespalten..
7:37 und aus dem gespalteten Neutron, wird ein Elektron und ein Proton. Und dieses Elektron wird rausgeschmissen.
7:43 Doch was passiert jetzt mit unserem Uran? Es ist schonmal sicher das ein Elektron rausfliegt.
7:48 Nämlich das beta teilchen. Jedoch kriegen wir noch ein Proton dazu.
7:52 Unsere ordnungszahl steigt deshalb um 1 → 93 Danach haben wir Neptunium.
7:57 Mit der massezahl 235 die gleich bleibt, da ein Neutron weg geht aber ein Proton dazukommt. Kommen wir also zu der gamma- Strahlung.
8:06 Strahlung, weil da nichts zerfällt ;) Es wird nämlich elektromagnetische strahlung ausgesendet.
8:11 Dies wird in hand eines Photons abgegeben. Ein Photon ist ein kleines Lichtteilchen.
8:16 Unser Uranatom sendet also einfach eine Elektromagnetische Welle aus. Wie ihr alle schon wisst, Radioaktivität ist sehr ungesund.
8:23 Wie kann man sich also davor schützen? Alpha-Strahlung kann schon von einem blatt Papier abgeschirmt werden.
8:29 Beta-Strahlung benötigt schon ein Metallblech das einige milimeter dick ist. Bei der gamma Strahlung benötigt man schone eine richtig dicke Bleiwand.
8:37 Ende Sooo wir hättens geschafft.
8:39 Falls ihr in der Physik noch andere Themen zusammengefasst haben wollt dann checkts auf unserem App, oder auf The Simple Physics.