Physik — Atom- und Quantenphysik

Die Karten

Die ersten 30 von 70 Karten. Der Rest steht in der App.

1. Was besagt Daltons Atommodell (1808)?

   Materie besteht aus unteilbaren, kugelförmigen Atomen. Atome gleicher Elemente sind identisch; Verbindungen entstehen durch ganzzahlige Kombinationen verschiedener Atome.

2. Was entdeckte Thomson 1897 und welches Atommodell folgte daraus?

   Thomson entdeckte das Elektron. Sein Atommodell (Rosinenkuchenmodell) beschreibt das Atom als gleichmäßig positive Masse, in der negativ geladene Elektronen eingebettet sind.

3. Wie lautete Rutherfords Versuchsaufbau beim Streuversuch (1911)?

   Alpha-Teilchen wurden auf eine dünne Goldfolie geschossen. Ein Leuchtschirm rundherum registrierte, wo die Teilchen auftreffen.

4. Welcher Versuch wies die Existenz eines kleinen, positiv geladenen Atomkerns nach?

5. Welche drei Schlussfolgerungen zog Rutherford aus seinem Streuversuch?

   1. Das Atom ist überwiegend leer. 2. Die Masse ist in einem winzigen, positiv geladenen Kern konzentriert. 3. Elektronen umkreisen den Kern auf Abstand.

6. Worin unterscheidet sich Bohrs Atommodell von Rutherfords Modell?

   Bohr ergänzte Quantenbedingungen: Elektronen bewegen sich nur auf bestimmten, erlaubten Kreisbahnen (stationäre Zustände) und strahlen dabei keine Energie ab.

7. Was ist das Orbitalmodell und warum löst es Bohrs Modell ab?

   Das Orbitalmodell (Quantenmechanik) beschreibt Elektronen durch Aufenthaltswahrscheinlichkeiten (Orbitale), nicht durch feste Bahnen. Es gilt für alle Atome, nicht nur Wasserstoff.

8. Nenne Bohrs 1. Postulat (Stationaritätsbedingung).

   Elektronen bewegen sich auf bestimmten Kreisbahnen um den Kern, ohne Energie abzustrahlen. Diese Bahnen heißen stationäre Zustände.

9. Nenne Bohrs 2. Postulat (Frequenzbedingung).

   Beim Übergang zwischen zwei stationären Zuständen wird ein Photon absorbiert oder emittiert. Seine Energie entspricht der Energiedifferenz: E_Photon = E_m − E_n = h·f.

10. Nach Bohrs Quantenbedingung gilt für den Drehimpuls des Elektrons auf der n-ten Bahn: L = …, wobei n die Hauptquantenzahl und h das Plancksche Wirkungsquantum ist.

    n · h/(2π)

11. Die Energie des Wasserstoffatoms im n-ten Zustand beträgt E_n = …. Im Grundzustand (n = 1) ist E_1 = −13,6 eV.

    −13,6 eV / n²

12. Was ist der Bohrradius a₀?

    Der Bohrradius a₀ ≈ 0,053 nm (= 53 pm) ist der Radius der innersten Kreisbahn im Bohrschen Wasserstoffmodell (n = 1). Er gilt als charakteristische atomare Längeneinheit.

13. Was bedeutet Ionisierungsenergie beim Wasserstoffatom?

    Die Ionisierungsenergie ist die Energie, die nötig ist, um das Elektron vom Grundzustand (n = 1, E = −13,6 eV) auf n → ∞ (E = 0) zu heben: E_ion = 13,6 eV.

14. Was ist ein Linienspektrum?

    Ein Linienspektrum entsteht, wenn Atome eines Elements Licht nur bei bestimmten, diskreten Wellenlängen emittieren oder absorbieren. Es ist charakteristisch für jedes Element.

15. Was ist der Unterschied zwischen Emissionsspektrum und Absorptionsspektrum?

    Emissionsspektrum: Atome senden Licht bei bestimmten Wellenlängen aus (helle Linien auf dunklem Grund). Absorptionsspektrum: Atome absorbieren Licht bei denselben Wellenlängen (dunkle Linien im Kontinuum).

16. Wie entstehen Spektrallinien gemäß dem Bohrschen Modell?

    Ein Elektron springt von einem höheren Energieniveau (m) auf ein niedrigeres (n). Die Energiedifferenz wird als Photon mit der Frequenz f = (E_m − E_n)/h abgestrahlt.

17. Was ist die Balmer-Serie im Wasserstoffspektrum?

    Die Balmer-Serie umfasst die Übergänge von höheren Niveaus (m ≥ 3) auf das zweite Energieniveau (n = 2). Sie liegt größtenteils im sichtbaren Bereich.

18. In welchem Spektralbereich liegt die Balmer-Serie des Wasserstoffs hauptsächlich?

19. Was ist die Lyman-Serie und in welchem Spektralbereich liegt sie?

    Die Lyman-Serie umfasst Übergänge auf das Grundniveau (n = 1). Sie liegt im ultravioletten Bereich.

20. Was ist die Paschen-Serie des Wasserstoffs?

    Übergänge von m ≥ 4 auf n = 3. Die Paschen-Serie liegt im Infrarot-Bereich.

21. Was versteht man unter dem Photoeffekt (äußerer lichtelektrischer Effekt)?

    Trifft Licht auf eine Metalloberfläche, können Elektronen herausgelöst werden, sofern die Photonenenergie die Austrittsarbeit des Metalls übersteigt.

22. Beim Photoeffekt gilt für die maximale kinetische Energie der herausgelösten Elektronen: E_kin = …, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum, f die Frequenz des Lichts und W_A die Austrittsarbeit des Metalls ist.

    h·f − W_A

23. Was ist die Austrittsarbeit W_A?

    Die Austrittsarbeit W_A ist die Mindestenergie, die ein Elektron benötigt, um aus der Metalloberfläche herauszutreten. Sie ist materialabhängig und wird in eV angegeben.

24. Was ist die Grenzfrequenz beim Photoeffekt?

    Die Grenzfrequenz f₀ ist die minimale Lichtfrequenz, bei der gerade noch Elektronen ausgelöst werden: h·f₀ = W_A. Unterhalb von f₀ tritt kein Photoeffekt auf, unabhängig von der Lichtintensität.

25. Was passiert beim Photoeffekt, wenn die Lichtfrequenz unterhalb der Grenzfrequenz liegt?

26. Wie erklärte Einstein 1905 den Photoeffekt?

    Einstein postulierte, dass Licht aus Energiepaketen (Photonen) besteht, jedes mit Energie E = h·f. Ein Elektron kann nur dann herausgelöst werden, wenn ein einzelnes Photon mindestens die Austrittsarbeit liefert.

27. Was versteht man unter der Gegenfeldmethode beim Photoeffekt?

    An die Anode wird eine bremsende Spannung angelegt. Bei der Gegenspannung U_G, bei der kein Strom mehr fließt, gilt: e·U_G = E_kin,max = h·f − W_A.

28. Was besagt der Welle-Teilchen-Dualismus?

    Quantenobjekte (Photonen, Elektronen) zeigen je nach Experiment Welleneigenschaften (Beugung, Interferenz) oder Teilcheneigenschaften (Photoeffekt, definierter Impuls). Beide Aspekte schließen sich im Experiment aus (Komplementarität).

29. Was zeigt der Doppelspaltversuch mit Elektronen?

    Auch Elektronen erzeugen ein Interferenzmuster, wenn sie einzeln durch einen Doppelspalt geschickt werden. Dies belegt ihre Wellennatur. Das Muster kollabiert, wenn man bestimmt, durch welchen Spalt das Elektron geht.

30. Die de-Broglie-Wellenlänge eines Teilchens mit Impuls p ist: λ = …, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum ist. Für ein Elektron der Masse m und Geschwindigkeit v gilt p = m·v.

    h / p

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