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  • Raum und zeit in der vorrelativistische physik

    Vor der Anerkennung der Relativitätstheorie betrachtete man den Raum mit seinen drei Bestandteilen (x, y, z) und die eindimensionale Zeit (t) getrennt voneinander. Man beachtete nicht, daß Raum und Zeit eigentlich erst ein konkretes Ereignis beschreiben, weil zur Signalübermittlung eine bestimmte Zeit vergeht, bevor ein räumlich weit entferntes Ereignis auch wirklich wahrgenommen wird (vgl. Betrachtungen ...

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  • Die allgemeine relativitätstheorie (1916 veröffentlicht)

    Schon bald nach der Veröffentlichung seiner speziellen Theorie 1905 begann Einstein mit dem Versuch, diese Theorie zu verallgemeinern. Die spez. Theorie gilt nur bei gleichbleibender relativer Geschwindigkeit, also einer Beschleunigung von null. Die Allg. RT sollte nun auch Objekte beschreiben, bei denen sich die relative Geschwindigkeit verändert, also eine Beschleun ...

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  • Frühe atomvorstellungen:

    Schon um etwa 400 v. Chr. prägte der griechische Philosoph Demokrit den Begriff "atomos" für unteilbare Teilchen. Obwohl rein vom philosophischen Standpunkt ausgehend, begründete er die Vorstellung von kleinsten, nicht weiter teilbaren Teilchen. Demgegenüber meinte Aristoteles um etwa 300 v. Chr., daß alles aus den 4 Grundelementen Erde, Wasser, Feuer und Luft aufgebaut wäre. Der Engländer John Dalton (1766 - 1844) griff zu Beginn des 19. Jahrh ...

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  • Aufbau der atome:

    Der Engländer Ernest Rutherford (1871 - 1937) entwickelte 1911 aus der Beobachtung der Ablenkung radioaktiver Strahlen beim Durchgang durch Materie sein Kern-Hülle-Modell. Bei seinem Versuch, der heute "Rutherford´scher Streuversuch" genannt wird, bestrahlte er eine Goldfolie mit durch Radium erzeugten -Strahlen. Dabei konnte er beobachten, wie die -Strahlen vom Kern reflektiert oder in der Nähe des Kerns abgelenkt wurden. Die we ...

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  • Radioaktivität:-

    Beim Rutherford´schen Kern-Hülle-Modell spielen elektrische Wechselwirkungskräfte eine große Rolle. Die Hülle mit den negativ geladenen Elektronen wird vom positiv geladenen Kern angezogen, weswegen die Elektronen auf stabilen Bahnen um den Kern bleiben. Allerdings müßten sich dann eigentlich die Protonen gegenseitig abstoßen. Für die elektrischen Kräfte zwischen zwei Ladungen Q1 und Q2 gilt das Coulombsche Gesetz: F = k * [Q1 * Q2] / r² F ...

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  • Aufbau der hülle:

    Alle für die Chemie wichtigen Eigenschaften der Atome sind im Aufbau der Elektronenhülle begründet, so zum Beispiel die chemische Bindung, Färbigkeit oder Lichtdurchlässigkeit. Isotope haben identische chemische Eigenschaften, da sie identische Elektronenhüllen besitzen. Das erste Modell der Hülle wurde 1913 von Niels Bohr (1885 - 1962) entwickelt. Er nahm an, daß die Elektronen vom Kern elektrostatisch angezogen wurden und sich auf stabilen Krei ...

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  • Besetzung der orbitale:

    Eine Eigenschaft der Elektronen ist ihr Spin, der zur Vereinfachung der Vorstellung auch als Drehung um die eigene Achse interpretiert werden kann (was streng physikalisch gesehen aber nicht korrekt ist ). Wenn sich 2 Elektronen in einem Orbital befinden, muß ihr Spin verschieden sein. Energiegleiche Orbitale werden zuerst einfach besetzt. Dies nennt man die Hundsche Regel (Friedrich Hund, geb. 1896). Die Schreibweise nach Gilbert Newton Lewis (1 ...

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  • Welle-teilchen-dualismus:

    Licht kann sowohl durch ein Wellen- als auch durch ein Teilchenmodell beschrieben werden. Dies nennt man den Welle-Teilchen-Dualismus. Ein Beweis für die Wellennatur des Lichts sind Interferenzerscheinungen, die zum Beispiel an einem Spalt auftreten. Da sich Licht aber auch im Vakuum ausbreiten kann, kann es kein mechanischer Wellenvorgang sein, Lichtausbreitung läßt sich nur mit demselben mathematischen Modell beschreiben wie mechanische Wellenv ...

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  • Das wellenmechanische atommodell:

    Dieses Atommodell wurde 1925 vom österreichischen Nobelpreisträger Erwin Schrödinger (1887 - 1961) entwickelt. Nach der Relativitätstheorie gilt: E = m * c² E ... Energie, m ... Masse, c ... Lichtgeschwindigkeit Unter Beiseitelassung der Idealisierung hat also jedes elektromagnetische Quant real eine wenn auch sehr kleine Masse, die von der Wellenlänge abhängt. Der französische Physiker Louis de Broglie (1892 - 1987) entwickelte die Theorie ...

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  • Quantenmechanik:

    Die Idee quantisierter Energie wurde erstmals 1900 vom deutschen Wissenschaftler Max Planck eingeführt. 1926 postulierte dann Werner Heisenberg seine Unschärferelation (siehe oben), die dem Laplace´schen Determinismus ein Ende setzte. Darauf basierend formulierten schließlich Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und Paul Dirac 1920 die Quantenmechanik, die in zwei äquivalenten Formulierungen Ausdruck fand: Heisenbergs Matrizenmechanik und Schrödi ...

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  • Schrödinger-gleichung:

    Dies ist die 1926 von Erwin Schrödinger aufgestellte fundamentale Gleichung der Quantenmechanik. Sie beschreibt in guter Näherung die Bewegung von Elektronen. Ihre meist approximative Lösung liefert Wellenfunktionen y(r), deren Betragsquadrat |y(r)|² als Aufenthaltswahrscheinlichkeitsdichte interpretiert wird. Bei hoher Geschwindigkeit (nahe der Lichtgeschwindigkeit) müssen auch relativistische Effekte berücksichtigt werden, während bei der Wechs ...

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  • Die kleinsten (?) einheiten der materie:

    1969 entdeckte der Caltech-Physiker Murray Gell-Mann nach der Kollision von Protonen, daß diese aus noch kleineren Teilchen aufgebaut sind. Diese nannte er Quarks. Quarks kommen in 6 "Formen" (up, down, strange, charmed, bottom, top) und 3 "Farben" (red, green, blue) vor (natürlich sind Quarks deutlich kleiner als die Wellenlänge von Licht und haben deshalb nicht wirklich Farben, diese Namen wurden nur zur Vereinfachung erfunden). Protonen und Ne ...

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  • Entstehung von atomen:

    Durch kleine Unebenheiten in der sonst relativ flachen Raumzeit blieben in den ersten Sekunden nach dem Urknall wenige Teilchen übrig (etwa 1 Proton auf 10 Mrd. Protonen und Antiprotonen), während sich die restlichen gleich wieder gegenseitig auslöschten. Diese Teilchen, vorwiegend Wasserstoff, konzentrierten sich sodann an manchen Stellen, und die ersten Galaxien und somit Sterne entstanden. In diesen Sternen wurde und wird noch immer durch Kern ...

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  • Überschwere elemente:

    In der Natur kommen nur Elemente mit Ordnungszahlen bis 94 (Plutonium in Spuren) vor, wobei ab 84 alle radioaktiv sind. Die meisten dieser Elemente sind durch Zerfall schwererer Atome (meist Uran) entstanden. Heute können künstlich aber Elemente bis zur Ordnungszahl 112 hergestellt werden. Der italienische Physiker Enrico Fermi (1901 - 1954) schlug dazu schon 1934 die Absorption eines Neutrons mit anschließendem Beta-Zerfall vor. Bei entsprechend ...

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  • Atombombe- --

    Der zuständige General Groves hatte als Testgelände für die Zündung der ersten Atombombe eine Felswüste bei Alamogordo in Neumexiko ausgewählt. Dort begann am 16. Juli 1945 um 5.30 Uhr das Atomzeitalter mit einem Blitz, der noch in 400 km Entfernung den Himmel erleuchtete und der in Bodennähe heller als viele Sonnen war. Ein riesiger Feuerball wuchs auf 1½ Kilometer Durchmesser an. Die Erde bebte. Eine heiße Druckwelle verbreitete sich nach all ...

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  • Geschichte der kernreaktoren

    Wie so oft in der Geschichte von neuen Technologien, wurde auch die ersten Kernreaktoren für das Militär entwickelt. 1944 errichteten die USA den ersten Kernreaktor um Plutonium für ihre Atombomben herzustellen. Der erste zur Energiegewinnung bestimmte Reaktor, Calder Hall, wurden 1956 in England in Betrieb genommen. In Frankreich folget 1959 das zweite Atomkraftwerk, Marcoule. In Deutschland ging nach dreieinhalbjährigem Bau das erste Versuchsat ...

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  • Das prinzip der atomspaltung

    Durch die Spaltung von Uran-Atomkernen in Kernkraftwerken wird Wärmeenergie frei, aber etwa 10 % der bei der Kernspaltung freiwerdenden Energie wird als nicht verwendbare Strahlung ausgesandt. Uran wird wie Kohle, auch im Bergbau gewonnen. Das Element Uran enthält drei verschiede Typen von Uranisotopen, das ist einmal das Uran-238, das einen Grossteil des Urans ausmacht. Dann sind noch etwa 0,7 % Uran-235 vorhanden, außerdem gibt es auch Spuren ...

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  • Abläufe in einem kernreaktor

    In erster Linie kommt es in einem Kernreaktor zur einer Kettenreaktion. Kontrolliert wird diese Kettenreaktion mit Hilfe der Regelstäbe aus Bor oder Cadmium. Um zu überflüssige Neutronen einzufangen, werden Regelstäbe in den Reaktorkern gelassen oder herausgezogen, wenn die Kettenreaktionen abzubrechen droht. Es gibt aber verschiede Methoden, bzw. Reaktoren um die Energie des Urans in elektrischen Strom umzuwandeln. Wir unterscheiden zwischen d ...

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  • Der zweitakt-ottomotor

    Verwendung: Durch die einfache Bauweise und das geringe Gewicht eignet sich der Zweitakt-Ottomotor besonders für den Antrieb von Kraftfahrrädern (z.B. Mopeds). Dieser Motor wird meist als Einzylinder, seltener als Mehrzylindermotor gebaut. Aufbau: Beim Zweitaktmotor bilden zwei Kolbenhübe ein Arbeitsspiel, daher müssen je 2 Takte in einem Hub vereinigt werden. Der Motor besitzt keine Ventile; es strömt das Kraftstoff-Luft-Gemisch über Steu ...

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  • Der viertakt-ottomotor

    Aufbau: Der Viertakter ist heute die am meisten verwendete Antriebsmaschine für Pkws und Motorräder mit großem Hubraum (ab 500 cm³). Im Ottomotor wird die zugeführte Brennstoffenergie durch Verbrennung im Arbeitszylinder in Wärme umgewandelt. Arbeitsweise: Durch die Expansion (Ausdehnung) der heißen Verbrennungsgase bewegt sich der Kolben und überträgt mit Hilfe der Pleuelstange die Kolbenkraft auf die Kurbelwelle. Dadurch wird die geradli ...

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