Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

Auf etwa 30 cm Entfernung (Lesedistanz) können wir noch Abstände von 0,1mm erkennen. Dies entspricht etwa der Größe eines Staubkorns. Feinstaub, der die Lunge belastet, lässt sich nicht mehr mit freiem Auge erkennen, die Körnchen ha- ben einen Durchmesser unter 2,5µm . Für die Medizin war das Mikroskop eine wichtige Erfindung. Mittels Lichtmikroskop lassen sich z. B. Bakterien erkennen und messen, allerdings keine Viren. Für diese benötigt man sogenannte Elektro- nenmikroskope. Dem österreichischen Physiker J OSEF L OSCHMIDT (1821–1894) gelang es Ende des 19. Jahrhunderts, mit einem einfachen Experiment die Größe eines Moleküls abzu- schätzen. Du kannst dieses Experiment leicht nachmachen. Experiment: Bestimmung der Größe von Molekülen 13.1 Du brauchst: Eine flache Wanne mit Wasser, Geschirrspülmittel, Mehl oder Kinder- puder, Pipette oder Injektionsspritze, Lineal, Taschenrechner E 2 a) Bestimme das Volumen eines einzelnen Tropfens Geschirrspülmittel als Mittelwert über viele Tropfen. E 2 b) Streue auf das Wasser etwas Mehl (oder Kinderpuder; 13.1 ). Lass nun in der Mitte einen Tropfen Geschirrspülmittel auf das Mehl fallen. Das Spülmittel ver- drängt das Mehl und breitet sich auf der Wasseroberfläche aus. Dabei bildet es eine Schicht, die nur wenige Moleküldurchmesser dick ist. Das Volumen dieser Schicht entspricht dem Volumen des Tropfens. Bestimme die Dicke der Schicht und dadurch die ungefähre Größe der Moleküle des Spülmittels. Am einfachen Beispiel des Experiments von Loschmidt lässt sich nachvollziehen, wie in der Physik erste Vorstellungen von Molekülgrößen gewonnen wurden, wel- chen Fehlerquellen sie unterliegen, wie sie zu neuen Erkenntnissen führen oder alte Erkenntnisse bestätigen können. Loschmidt gelang es mit makroskopischen Methoden und unter der Annahme, dass es Moleküle gibt, deren ungefähre Größe zu bestimmen. Astronomische Distanzen in der Milchstraße Unsere Sonne hat 8 Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun). Neben den genannten Planeten bewegen sich auch viele Asteroiden (Kleinplaneten), Kometen und andere Kleinkörper um die Sonne. Pluto ist ein Kleinplanet. Die Erde ist ca. 150Mio. km von der Sonne entfernt, der Erdmond ist im Mittel 384 000 km von der Erde entfernt. (Siehe auch S. 39) Unsere Sonne ist ein Stern. Da Sterne riesige Ausdehnungen haben (durchschnitt- lich 10 9 m bis 10 11 m ) und sehr hell strahlen, kann man einige Tausend Sterne un- serer Milchstraße trotz der großen Entfernungen noch mit freiem Auge sehen. Die Entfernungen zwischen den Sternen gibt man in Lichtjahren (Abk.: ly, light year) an. Am nächsten zur Sonne liegen die beiden Sterne Alpha und Beta Centauri am südlichen Sternenhimmel. Sie sind 4,3 Lichtjahre von unserer Sonne entfernt. Unter einem Lichtjahr versteht man jene Entfernung, die das Licht im luftleeren Raum in einem Jahr zurücklegt. 1 ly = 9,5 · 10 12 km (ca. 10 Billionen km = 10 16 m) Im Durchschnitt hat eine Galaxie (das ist eine riesige Ansammlung von Sternen) einen Durchmesser von ungefähr 100000 Lichtjahren. Zwischen unserer Galaxie – der Milchstraße – und der benachbarten Andromeda-Galaxie liegen ca. 2,5Mio. Lichtjahre. Untersuche, überlege, forsche: Große Entfernungen 13.1 W 1 a) Überlege, in welchem Verhältnis das Sonnensystem verkleinert werden müsste, um als maßstabsgetreues Modell in den Schulhof zu passen. (Entfernun- gen der Planeten von der Sonne s. S. 39.) W 1 b) Wie groß wären im selben Maßstab die Durchmesser von Sonne und Erde? 13.1 Ein Tropfen Spülmittel breitet sich auf der Wasseroberfläche aus. Da das Spülmittel eine komplexe Molekülstruk- tur hat, ist die Schichtdicke relativ groß. Den für die Größenordnung von Molekülen typi- schen Wert von 1 nm erhältst du, wenn du statt Seifenlösung Ölsäure verwendest. Eine Anleitung dazu findest du auf http://physikplus.oebv.at 13.2 Quasare sind sehr weit entfernte astrono- mische Objekte. Das Bild zeigt einen Quasar, dessen Licht 12 Milliarden Jahre zu uns ge- braucht hat: Wir blicken also 12 Milliarden Jah- re in die Vergangenheit zurück. 13.3 Größenordnungen in der Natur Links: Der Durchmesser der Erde beträgt etwa 1,3 · 10 7 m Rechts: Die Größe von Bakterien beträgt etwa 10 – 6 m = 1 µm 13 | GRÖSSENORDNUNGEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv