Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

6 Einleitung Atomaufbau Atome sind teilbar Wörter wie Elektron oder Radioaktivität sind uns heute ganz selbstverständlich. Dabei wird uns meist nicht bewusst, dass mit den damit zusammenhän- genden Entdeckungen große gedankliche Schwie- rigkeiten verbunden waren. Beide Erscheinungen erschütterten das Bild vom Aufbau der Materie. Jene, die nichts vom atomaren Aufbau der Materie hielten, mussten die Existenz mikroskopisch kleiner Teilchen zur Kenntnis nehmen. Für die Anhänger der Atomthe- orie verlor das Atom den Charakter der Unteilbarkeit. Problem: Die klassische Physik kann die Eigenschaf- ten der Atome nicht erklären. Thomson´sches Atommodell – das Elektron A1 Wiederhole den Begriff Lorentzkraft! B B.1 Das Elektron ist das erste Elementarteilchen, das ent- deckt wurde. Das Proton wurde 1919 als zweites Ele- mentarteilchen durch Rutherford identifiziert. A3 Wiederhole die Begriffe magnetische Induktion im Inneren einer Spule und die Zentripetalkraft! A4 Leite die obige Formel für die spezifische Ladung des Elektrons her! (Hinweis: Lorentzkraft = Zentripe- talkraft) A5 Gib an, welche Parameter man während des Expe- riments ändern kann, um zu einer Messreihe für e / m zu gelangen! A6 Gib an, welche Genauigkeit sich für das Experi- ment im Unterricht erwarten lässt! A7 Berechne e / m mit den Werten von Seite 2 und vergleiche mit dem Messergebnis des obigen Experi- ments! Begründe die Abweichungen. A8 Verschaffe dir Informationen über J. J. Thomson! Versuch Kathodenstrahlen Abb. 6.1 In einer (fast) evakuierten Glasröhre befinden sich zwei Elektroden. Legt man zwischen den Elektroden Hochspan- nung an, so gehen von der Kathode Strahlen aus (Kathoden- strahlen), die sich im abgedunkelten Raum durch einen fluores- zierenden Fleck auf dem Glas bemerkbar machen. Die Strahlen lassen sich durch einen Magnet ablenken. A2 Erkläre, wie man aus dem obigen Versuch schlie- ßen kann, dass die Kathodenstrahlen negativ geladen sind! J. J. Thomson (Nobelpreis 1906) entdeckte das Elek- tron 1897 bei der Bestimmung des Ladungs-Masse- Verhältnisses q / m (spezifische Ladung) von Kathoden- strahlen. Er schloss dabei auf ein Teilchen, das rund 2000mal leichter ist als ein Wasserstoffatom. Dieses Teilchen wird Elektron genannt. Versuch Messung der spezifischen Ladung des Elektrons mit dem Fadenstrahlrohr Die spezifische Ladung der Elektronen e / m ergibt sich zu m e B r U 2 2 2 $ $ = e … Elektronenladung e = 1,6 ∙ 10 –19 A ∙ s m …Masse des Elektrons m e = 9 ∙ 10 –31 kg U …Beschleunigungsspannung B …magnetische Induktion r …Radius der Kreisbahn Abb. 6.2 Die Elektronen werden im elektrischen Feld mit der Spannung U beschleunigt und immagnetischen Feld mit der magnetischen Induktion B auf Kreisbahnen abgelenkt. Abb. 6.3 Thomson´sches Atommodell. Das Atom besteht aus einer kontinu- ierlich verteilten, positiven Masse, in die negative Elektronen eingelagert sind. negativ geladenes Elektron positiv geladene Materie BW7/S58 BW7/S58 BW7/S55 Nur zu Prüfzwe ken – Eige tum des Verlags öbv