Unterrichts-Einsichten  -  Schuljahr 2007/2008  -  Physik Ph2-e

Kernphysik


2008-01-24

• Da der Mensch keinen spezielle Sensor für radioaktive Strahlen hat, muss man Geräte zum Nachweis der Strahlung verwenden.
  Wir haben kennengelernt: Nebelkammer , Geiger-Müller-Zählrohr 
• Man unterscheidet 3 Arten radioaktiver Strahlen:
• α-Strahlen sind 2-fach geladene Heliumkerne, die im Magnetfeld schwach abgelenkzt werden und vor denen man sich schon durch Papier oder Pappe schützen kann.
• β-Strahlen sind negativ geladene Elektronen, die im Magnetfeld stark abgelenkt werden und vor denen man sich durch dünne Metallplatten schützen kann.
• γ-Strahlen sind nicht geladene Photonen, die im Magnetfeld nicht abgelenkt werden und vor denen man sich in der Regel nur durch dickere Bleiplatten schützen kann.

2008-01-29

• Nachtrag zur Atomphysik:
  Im Licht einer Natriumdampflampe wirft eine Gasflamme keinen Schatten. Wird jedoch in der Flamme Salz (NaCl) erhitzt, sieht man eine gelbe Färbung der Flamme und einen durch die Flamme hervorgerufenen Schatten.
  Deutung: Das Natrium in der Flamme kann das ankommende Licht absorbieren, weil die Wellenlänge des Lichts zu dem für die Anregung der Atome benötigten Enegiebetrag passt. Das absorbierte Licht fehlt dann im weiteren Strahlengang.
  Von der Seite sieht man die gelbe Färbung der Flamme, weil die von den Na-Atomen aufgenommene Energie in alle Richtungen als Licht abgestrahlt wird.
• In einem kurzen Exkurs haben wir einige Eigenschaften von Halbleitern kennengelernt.
  Eine Anwendung von Halbleitern (genauer einer Halbleiterdiode, die in Sperrrichtung betrieben wird) ist der Halbleiterdetektor.
• Ein weiteres Messgerät zur Registrierung radioaktiver Strahlen ist der Szintillationszähler (Kunststoffblock mit nachgeschaltetem Elektronenvervielfacher).

2008-02-05

• Absorption von γ-Strahlung in Blei. Die Überlagerung der verschiedenen Effekte ergibt, dass im Bereich 1 MeV Blei am "duchsichtigsten" für γ-Strahlung ist.
• Bestimmung der Halbwertzeit von Rn-220.
  Informationen zum Zerfallsgesetz und zur Halbwertzeit.
• Analoge Überlegungen wie für die Halbwertzeit gelten auch für die Halbwertdicke.
• Jeglicher Abnahme eines Messwertes, die durch einen zufälligen Prozess bedingt ist, kann durch eine Gleichung der Form beschrieben werden.
  Genaueres werden wir demnächst im Unterricht besprechen.

2008-02-07

• Abhängig davon, worauf es bei der Messung radioaktiver Strahlung ankommt, benutzt man verschiedene Größen und Maßeinheiten:
• Aktivität  A = ΔN / Δt
  Information über die Anzahl der Zerfälle einer bestimmten radioaktiven Substanz pro Zeiteinheit
  Maßeinheit: Becquerel; 1 Bq = 1 1/s (also 1 Teilchen pro Sekunde)
• Ionendosis D_I = ΔQ / Δm
  Information über die Anzahl der Ladungen, die beim Auftreffen radioaktiver Strahlung auf eine bestimmte Masse in dieser Masse entsteht
  Maßeinheit: 1 C/kg
• Energiedosis D_E = ΔE / Δm
  Information über die Energie, die beim Auftreffen radioaktiver Strahlung auf eine bestimmte Masse von dieser Masse aufgenommen wird.
  Maßeinheit: Gray; 1Gy = 1 J/kg
• Äquivalentdosis D_q = q · D_E   q hat einen für die auftreffende Teilchenart typischen Wert
  Information über die biologische Wirkung der absorbierten Energie eines radioaktiven Stoffes
  Maßeinheit: Sievert; 1Sv = 1 J/kg
  
• Zerfallsarten
  

• α-Zerfall tritt auf, wenn in einem größeren Kern 2 Protonen und 2 Neutronen zu einer energetisch günstigeren Einheit zusammenfinden und den Kern (als He-Kern) verlassen. 
• β^--Zerfall tritt auf, wenn ein Kern zu viele Neutronen besitzt und sich deshalb ein Neutron in ein Proton umwandeln kann. Wegen der Energie- und Ladungserhaltung müssen zusätzlich ein Elektron und ein Antineutrino erzeugt werden:
  
• β⁺-Zerfall tritt auf, wenn ein Kern zu viele Protonen besitzt und sich deshalb ein Proton in ein Neutron umwandeln kann. Wegen der Energie- und Ladungserhaltung müssen zusätzlich ein Positron und ein Neutrino erzeugt werde
  
• Die Massenerhaltung scheint bei diesen Prozessen verletzt zu sein.
  Der sogenannte Massendefekt äußert sich in einer Energieaufnahme bzw. Energieabgabe nach der Formel E = m · c².

2008-02-12

• Wir haben das Potentialtopfmodell für Protonen und Neutronen besprochen.
  In den folgenden Links sind z. T. noch weitere Informationen zum Thema enthalten: Link1 , Link2
• Der α-Zerfall lässt sich mit dem Tunneleffekt erklären.
• Bilden Protonen und Neutronen einen Atomkern, so ist die Masse des Atomkerns kleiner als die Gesamtmasse der einzelnen Bestandteile.
  Diese Massendifferenz nennt man Massendefekt. Sie ist über die Gleichung E = m · c² identisch mit der Bindungsenergie des Kerns.

2008-02-14

• Am 5. Februar haben wir Überlegungen zur Halbwertdicke angestellt.
  Der dazu angegebene Link bezieht sich eigentlich auf die Halbwertzeit, erklärt aber nach Austausch von T_1/2 zu d_1/2 auch die Halbwertdicke.
  Heute haben wir nun die theoretischen Überlegungen zur Halbwertzeit besprochen und deshalb gibt des den Link hier noch einmal.
• Eine wichtige Erkenntnis der heutigen Stunde war, dass bei Anlagerungen von Teilchen (Protonen und Neutronen) an vorhandene Atomlerne die Gesamtmasse des neuen Kerns kleiner ist als die Summe der einzelnen Massen. Die "verlorene" Masse hat sich nach der Formel E = m · c² in Energie umgewandelt, die frei wird und wieder zugeführt werden muss, wenn die neu hinzugekommenen Teilchen wieder entfernt werden sollen. Bei Uran-235 dient diese Energie aber dazu, den Atomkern zu spalten, weil diese Energie größer ist als die Bindungsenergie des Kerns.
• Bitte zur nächsten Stunde Fragen zurechtlegen! Es ist dann die letzte Stunde vor der Klausur!
• Ein hilfreicher Link zur Radioaktivität?

2008-02-19

• Hier ein Link zu den Schwerpunktthemen im zentralen Physik-Abitur 2008 in Niedersachsen.

2008-02-21

• Klausur

2008-02-26

• Wiederholung zum Thema "Einschaltvorgang bei einer Spule"

2008-02-28

• Wiederholung zum Thema "Interferometer"
• Link zu der Theorie zum Thema "Ein- und Ausschaltvorgang bei einer Spule, Auf- und Entladen eines Kondensators"

2008-03-04

• Exkursion zum DESY in Hamburg

2008-03-06

• Wiederholung zu den Themenschwerpunkten für das Abitur
• Rechen-Übungen zum Auf- und Entladen eines Kondensators und zum Ein- und Auschaltvorgang bei einer Spule

2008-03-27

• Wiederholung zu den Themenschwerpunkten für das Abitur
• h-Bestimmung mit Hilfe von Röntgenstrahlung und dem Fotoeffekt
• Bestimmung der elektrischen Feldstärke E und der magnetischen Flussdichte B
• Einschaltvorgang bei einer Spule

2008-04-01

• Wiederholung zu den Themenschwerpunkten für das Abitur
• Polarisation/Drehung der Polarisationsebene
• Verschiedene Arten elektromagnetischer Strahlung (Mikrowellen, Dezimeterwellen)
• Versuch analog zum Franck-Hertz-Versuch (Mit Quecksilber und Neon gefüllte Röhre)
• hier noch einige alte Arbeiten zum Üben (leider ohne Lösungen)

2008-04-03

• Zum Thema: Interferometer
• Michelson-Interferometer
• Jamin-Interferometer
• Mach-Zehnder-Interferometer
• Mach-Zehnder-Interferometer mit Simulationsprogramm
• Mach-Zehnder-Interferometer - sehr ausführlich und gut, besonders die Seiten 8 und 11-19 ansehen (Dissertation:  Maria Beatriz Fagundes: Der Epistemologische Vektor am Beispiel der Lichtausbreitung im Mach-Zehnder-Interferometer)
  Für Sie besser verständlich sind vielleicht die Ausführungen in den zugehörigen Handreichungen für Lehrer (z. B. ab Seite 31)
• Sagnac-Interferometer
• Weißlicht-Interferometer
• Phasenverschiebung

2008-04-08

• letzte Stunde im Kursverband - letzte Stunde vor dem Abitur
  Alles Gute für die Prüfungen und für das, was danach kommt!