Auf etwa 30 cm Entfernung (Lesedistanz) können wir noch Abstände von 0,1 mm erkennen. Dies entspricht etwa der Größe eines Staubkorns. Feinstaub, der die Lunge belastet, lässt sich nicht mehr mit freiem Auge erkennen, die Körnchen haben einen Durchmesser von weniger als 2,5 μm. 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 Elektronenmikroskope. Dem österreichischen Physiker Josef Loschmidt (1821–1894) gelang es Ende des 19. Jahrhunderts, mit einem einfachen Experiment die Größe eines Moleküls abzuschätzen. Du kannst dieses Experiment leicht nachmachen. Experiment: Bestimmung der Größe von Molekülen 17.1 Du brauchst: Eine flache Wanne mit Wasser, Geschirrspülmittel, Mehl oder Kinderpuder, Pipette oder Injektionsspritze, Lineal, Taschenrechner E2 a) Bestimme das Volumen eines einzelnen Tropfens Geschirrspülmittel als Mittelwert über viele Tropfen. E3 b) Streue auf das Wasser etwas Mehl (oder Kinderpuder; 17.1). Lass nun in der Mitte einen Tropfen Geschirrspülmittel auf das Mehl fallen. Das Spülmittel verdrängt 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. Diskutiert in der Gruppe, wie zuverlässig eure Ergebnisse sind und wo mögliche Fehlerquellen liegen könnten. Am einfachen Beispiel des Experiments von Loschmidt lässt sich nachvollziehen, wie in der Physik erste Vorstellungen von Molekülgrößen gewonnen wurden, welchen Fehlerquellen sie unterliegen, wie sie zu neuen Erkenntnissen führen oder alte Erkenntnisse bestätigen können. Astronomische Distanzen in der Milchstraße Unser Sonnensystem 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. 150 Mio. km von der Sonne entfernt, der Erdmond ist im Mittel 384 000 km von der Erde entfernt (siehe auch S. 47). Unsere Sonne ist ein Stern. Da Sterne riesige Ausdehnungen haben (durchschnittlich 109 m bis 1011 m) und sehr hell strahlen, kann man einige tausende Sterne unserer Milchstraße trotz der großen Entfernungen noch mit freiem Auge sehen. Die Entfernungen zwischen den Sternen gibt man in Lichtjahren (Abk.: Lj) 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 Lj = 9,5·1012 km (ca. 10 Billionen km = 1016 m) Im Durchschnitt haben Galaxien (das sind riesige Ansammlungen von Sternen) einen Durchmesser von ungefähr 100 000 Lichtjahren. Zwischen unserer Galaxie – der Milchstraße – und der benachbarten Andromeda-Galaxie liegen ca. 2,5 Mio. Lichtjahre. Untersuche, überlege, forsche: Große Entfernungen 17.1 W3 a) Überlege, in welchem Verhältnis das Sonnensystem verkleinert werden müsste, um als maßstabsgetreues Modell in den Schulhof zu passen (Entfernungen der Planeten von der Sonne siehe S. 47). Bringt am Boden entsprechende Markierungen an. W1 b) Wie groß wären im selben Maßstab die Durchmesser von Sonne und Erde? 17.1 Ein Tropfen Spülmittel breitet sich auf der Wasseroberfläche aus. Da das Spülmittel eine komplexe Molekülstruktur hat, ist die Schichtdicke relativ groß. Den für die Größenordnung von Molekülen typischen Wert von 1 nm erhältst du, wenn du statt Seifenlösung Ölsäure verwendest. 17.2 Quasare sind Kerne junger Galaxien. Das Bild zeigt einen Quasar, dessen Licht 1,4 Milliarden Jahre zu uns gebraucht hat. Wir blicken also 1,4 Milliarden Jahre in die Vergangenheit zurück. 17.3 a und b Größenordnungen in der Natur Links: Der Durchmesser der Erde beträgt etwa 1,3·107 m. Rechts: Die Größe von Bakterien beträgt etwa 10–6 m = 1 µm. 17 Größenordnungen 1 Die Grundgrößen Zeit und Länge Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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