Atom- und Kernphysik
Atom- und Kernphysik fragen, woraus die Materie besteht: Atommodelle von Rutherford bis zum Kugelwolkenmodell, Radioaktivität mit Alpha-, Beta- und Gammastrahlung und der Fotoeffekt.
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1.–3. Sek
Das Wichtigste in Kürze
Ein Atom besteht aus einem winzigen, schweren Kern aus Protonen und Neutronen und einer Hülle aus Elektronen. Wie die Hülle aussieht, haben Physikerinnen und Physiker in mehreren Modellen immer genauer beschrieben. Manche Kerne sind instabil und zerfallen: Das ist Radioaktivität.
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Vom Kugelmodell zum Kugelwolkenmodell
Rutherford zeigte 1911 mit seinem Streuversuch, dass fast die ganze Masse im Kern sitzt und das Atom sonst fast leer ist. Bohr setzte die Elektronen auf feste Schalen. Im Kugelwolkenmodell sind sie Wolken, in denen ein Elektron mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit anzutreffen ist.
Radioaktive Strahlung
- Alphastrahlung: Heliumkerne, schon von einem Blatt Papier gestoppt.
- Betastrahlung: schnelle Elektronen, von einigen Millimetern Aluminium gestoppt.
- Gammastrahlung: energiereiche elektromagnetische Strahlung, nur durch dickes Blei oder Beton abgeschwächt.
Nach einer Halbwertszeit ist die Hälfte der Kerne zerfallen.
Licht in Portionen
Beim Fotoeffekt löst Licht Elektronen aus einem Metall, aber nur ab einer bestimmten Frequenz. Einstein erklärte das 1905: Licht kommt in Portionen, den Photonen, mit der Energie E=h·f. Die Zahl h ist das Plancksche Wirkungsquantum.