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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 17:16 Fr 08.08.2008 | | Autor: | M4rc |
| Aufgabe | 1a) Worin besteht der Widerspruch zwischen dem Rutherford-Atommodell und den Gesetzen der klassischen Physik?
b) Wie wird nach der Bohrschen Theorie das Zusammenfallen der Absorptions- und Emissionsspektren von Dämpfen und Gasen erklärt?
c) Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Frequenz des Elektrons bei der Kreisbewegung um den Kern des Wasserstoffatoms und der Frequenz seiner Strahlung (Antwort begründen!)?
2) Skizzieren und erläutern Sie die Atommodelle von Thomson, Rutherford und Bohr. Welche experimentellen Beobachtungen lassen sich mit den Modellen jeweils erklären, welche nicht bzw. stehen im Widerspruch zum Modell? Formulieren Sie die Bohrschen Postulate.
3) Beschreiben und erklären Sie ein Experiment (oder auch Experimente), welches (welche) den Wellencharakter von Elektronen demonstriert (demonstrieren).
4) Versuchen Sie darzustellen, was man auf die Frage Was ist ein Elektron antworten muss.
5) Nennen Sie die Gründe (möglichst vollständig), aus denen das Bohrsche Atommodell die Eigenschaften von Atomen nur unzulänglich beschreibt und die zur Entwicklung des quantenphysikalischen Modells der Atome führten.
6) Nebenstehend finden Sie den Aufbau des Rutherfordschen Streuversuchs. Erläutern Sie das Experiment und diskutieren Sie die wesentlichen Versuchsergebnisse. Welche Bedeutung hatte der Versuch für die Entwicklung der Atommodelle (skizzieren Sie das Rutherfordsche Atommodell und decken Sie dessen Unzulänglichkeiten auf)?
[Dateianhang nicht öffentlich]
7) Nebenstehend ist schematisch eine Messkurve des Franck-Hertz-Versuchs angegeben. Skizzieren und erläutern Sie den Versuchsaufbau und erklären Sie den gezeigten Kurvenverlauf. Welche bedeutsame Schlussfolgerung muss aus dem Versuchsergebnis gezogen werden?
[Dateianhang nicht öffentlich]
8) Nebenstehend finden Sie schematisiert den Aufbau und das Ergebnis eines Schlüsselexperiments der Quantenphysik. Erläutern Sie im Detail den Versuch und die Interpretation des Ergebnisses. Inwieweit ist das Experiment mit der Heisenbergschen Unschärferelation verknüpft?
[Dateianhang nicht öffentlich] |
1.
a) Probleme des Modells - Atom instabil;nur diskrete Bahnradien; Spektralllinien nicht erklärbar <-sind das schon die Widersprüche bzw was sind die Widersprüche
b)Hat das irgendwas mit Rydberg zu tun?
c) Die Frequenz der Strahlung müsste höher sein, sie ja Energie reicher sein muss als die auf der Bahn, denn das Elektron muss ja die Bahn verlassen...
2.
Thompson
Schwingungen der Elektronen möglich
-> Abstrahlung: Frequenz stimmt nicht
Rutherford
Probleme
Atom instabil
nur diskrete Bahnradien
Spektralllinien nicht erklärbar
Bohr
Postulate:
1. Bewegung der Elektronen um den Kern kann klassisch beschrieben werden. [mm] F_c [/mm] = [mm] F_z
[/mm]
2. Es sind nur bestimmte Radien erlaubt: Festlegung durch quantisierung des Bahndrehimpulses
[mm] |L|=n*\bruch{h}{2\pi}
[/mm]
3.Bewegung erfolgt auf diesen Bahnen strahlungslos
mehr haben wir dazu nicht außer ein paar mittelmäßige skizzen
3.
Bewegung von Elektronen am Spalt:
Elektronen als Welle werden auf spalt geschickt und teils abgelenkt, daraus lässt sich ableiten das Elektronen Materiewellen sind.
Auch dies ist eher dürftige Antwort....
4.
Ein Elektron ist eine Materie bzw Energie welle in der theoretischen Atomphysik in der Klassischen Physik ist es ein negativ geladenes Teilchen
5.
Ähm ja keine Ahnung
6.
Goldfolie wird mit [mm] \alpha [/mm] Teilchen beschossen
Ergebnis: Streuung
Bedeutung: Elektronen sind Materiewellen
7.
in elastische Stöße von Elektronen mit Hg-Atomen
8.
Elektronen als Welle mit [mm] \lambda [/mm] = [mm] \bruch{h}{P_x} [/mm] werden auf Spalt geschickt
im Spalt werden die Elektronen um einen Winkel abgelenkt
Winkel [mm] \ge \alpha [/mm] Unschärfebereich
Winkel < [mm] \alpha [/mm] schärfe bereich
daraus lässt sich schliessen das Elektronen Materiewellen sind da sie am Spalt abgelenkt werden
Bedeutung für die Heisenberg sche unschärfe Relation????
Für jede Hilfe dankbar, und wir haben uns länger als 5min damit auseinander gesetzt
THX
Dateianhänge:
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Hallo!
> 1.
> a) Probleme des Modells - Atom instabil;nur diskrete
> Bahnradien; Spektralllinien nicht erklärbar <-sind das
> schon die Widersprüche bzw was sind die Widersprüche
Also Rutherford hat erstmal nur nach seinem Versuch gesagt, daß Atome aus nem Kern und den drumherum kreisenden Elektronen bestehen. Von diskreten Bahnen hat er noch nix gesagt, das war Bohr.
Widerspruch ist, daß die kreisenden Elektronen eigentlich Strahlung abgeben müssten.
> b)Hat das irgendwas mit Rydberg zu tun?
Mit Rydberg kannst du da was berechnen, aber es reicht schon das Bohrsche Modell. Elektronen wechseln ihre Bahn. Entweder nehmen sie dabei Energie aus einstrahlendem Licht auf, oder sie wurden auf andere Weise bereits auf eine andere Bahn gebracht, und fallen nun unter Lichtabgabe auf ihre alte Bahn zurück. Die Energiemenge ist in beiden Fällen gleich.
> c) Die Frequenz der Strahlung müsste höher sein, sie ja
> Energie reicher sein muss als die auf der Bahn, denn das
> Elektron muss ja die Bahn verlassen...
Dieser Satz ist unverständlich.
Aber du kannst da auch etwas direkter werden: Frequenz ist hier ein Maß für Energie.
Unterschiedliche Bahnradien = unterschiedliche Frequenzen = unterschiedliche Energie. Die Differenz wird als Welle mit ner bestimmten Frequenz abgestrahlt.
> 2.
> Thompson
>
> Schwingungen der Elektronen möglich
> -> Abstrahlung: Frequenz stimmt nicht
Nee, Thompson ging von mehr oder weniger massiven Kugeln aus, die gleichmäßig positiv geladen waren und in denen dann noch Elektronen rumdümpelten. Da war noch nix mit Strahlung.
Generell läßt sich mit dem Modell nicht viel erklären. Die Welt besteht aus massiven Kügelchen, und damit kann man das ein oder andere in der Chemie erklären.
Die Kügelchen kann man mit Rasterkraft-/-tunnelmikroskopen sehen.
>
> Rutherford
> Probleme
> Atom instabil
> nur diskrete Bahnradien
> Spektralllinien nicht erklärbar
Wie gesagt, von diskreten Bahnen ist bei Rutherford noch nix zu lesen. Aber sonst stimmt es.
Durch welchen Versuch kannst du denn zeigen, daß Rutherford gegenüber Thompson sehr viel besser ist? Der Name des Versuchs liegt vor deiner Nase!
>
> Bohr
> Postulate:
> 1. Bewegung der Elektronen um den Kern kann klassisch
> beschrieben werden. [mm]F_c[/mm] = [mm]F_z[/mm]
> 2. Es sind nur bestimmte Radien erlaubt: Festlegung durch
> quantisierung des Bahndrehimpulses
> [mm]|L|=n*\bruch{h}{2\pi}[/mm]
> 3.Bewegung erfolgt auf diesen Bahnen strahlungslos
>
> mehr haben wir dazu nicht außer ein paar mittelmäßige
> skizzen
Also, Bohr postuliert die Bahnradien, und nicht Rutherford!
Und welche Experimente zeigen, daß Bohr besser als Rutherford ist? Davon ging es in Aufgabe 1 doch schon.
> 3.
> Bewegung von Elektronen am Spalt:
>
> Elektronen als Welle werden auf spalt geschickt und teils
> abgelenkt, daraus lässt sich ableiten das Elektronen
> Materiewellen sind.
>
> Auch dies ist eher dürftige Antwort....
Aber es stimmt schonmal. Beachte bitte, daß es hier um den Welle-Teilchen-Dualismus geht. Du schickst keine Elektronen als Welle auf den Spalt, sondern einfach nur Elektronen. Am Spalt verhalten sie sich wie Wellen und machen Beugungsmuster. Aber vorher, wenn du sie beschleunigst und auf den Weg schickst, benehmen sie sich noch wie Teilchen.
Statt einem Spalt kann man auch Kristalle nehmen, die wie ein 3D-Gitter funktionieren. Das nennt sich DeBroglie-Effekt und ist weitaus intensiver und einfacher zu beobachten als die Beugung am Spalt.
>
> 4.
> Ein Elektron ist eine Materie bzw Energie welle in der
> theoretischen Atomphysik in der Klassischen Physik ist es
> ein negativ geladenes Teilchen
In der klassischen Physik ist das Elektron tatsächlich nur ein Teilchen. Aber danach gibts eigentlich immer ein sowohl-als-auch. natürlich legen sich manche Bereiche der Physik eher auf einen der beiden Aspekte fest, allgemein sind sie aber gleichberechtigt! ich würde eher sagen:
Das Elektron ist ein extrem kleines geladenes Teilchen, welches gleichzeitig Welleneigenschaften besitzt.
>
> 5.
> Ähm ja keine Ahnung
Dann kannst du mal in die Chemie gucken. Bohr erklärt nicht, warum in der innersten Schale nur ZWEI Elektronen sein können, in der nächsten acht und so weiter.
Da muß erst der Herr Pauli kommen und sagen, daß es maximal zwei Elektronen mit dem exakt gleichen Energieniveau geben kann. Aber dann paßt das mit der kreisbahn mit mehr als 8 Elektronen nicht mehr.
Das Quantenmodell oder auch Orbitalmodell ersetzt eine Kreisbahn durch verschiedene andere Bahnen, die alle etwa die gleiche Energieniveaus haben. Aber nur etwa. Sieht man genau hin, so stellt man fest, daß diese einzelnen Energieniveaus, die Bohr vorhersagt, selbst jeweils auch in mehrere kleine, diskrete Niveaus zerlegt sind.
Dann weiter in der Chemie: Warum hat das Wassermolekül nen Winkel von 102°? Nach Bohr können sich die Bindungen zu anderen Atomen frei bewegen. Der Wasserstoff würde sich im Molekül abstoßen, und das Molekül hätte keinen Winkel.
Erst diese Orbitale nageln die "Bindungsstellen" mehr oder weniger räumlich fest.
Und ein Blick ins Periodensystem: Warum werden die Bahnen nicht gleichmäßig aufgefüllt? Mit jeder Zeile wird ja eine neue "Kreisbahn" aufgemacht. Aber die inneren werden erst in diesen Nebengruppen weiter aufgefüllt. Nach Bohr müßte man erst eine Kreisbahn voll machen, nachdem man die nächste auf macht.
>
> 6.
> Goldfolie wird mit [mm]\alpha[/mm] Teilchen beschossen
> Ergebnis: Streuung
> Bedeutung: Elektronen sind Materiewellen
Nein. Hier gibts keine Wellen. Überlege doch mal, was passiert, wenn du eine Folie aus massiven Thompson-Atomen mit kleinen Teilchen beschießt. Da sollte eigentlich nicht viel durch kommen, und wenn, dann relativ gleichmäßig gestreut.
wenn aber die Atome nach Rutherford (klingelts?) aus fast leerem Raum bestehen, in dessen Mitte ein kleiner, stark geladener Kern sitzt, dann gehen die meisten Teilchen einfach durch die Folie durch. Nur die, die dem Kern zu nahe kommen, werden abgelenkt. Wieviele wie stark abgelenkt werden kann man mit der Apparatur in deinem Bild messen - das Ergebnis bestätigt die Theorie vom fast leeren Raum mit Kern.
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> 7.
> in elastische Stöße von Elektronen mit Hg-Atomen
ja, aber was genau passiert da? Es ist eine ganz bestimmte Energie notwendig, damit die Atome angereht werden. Und: Die Elektronen sind hier Teilchen!
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> 8.
> Elektronen als Welle mit [mm]\lambda[/mm] = [mm]\bruch{h}{P_x}[/mm] werden
> auf Spalt geschickt
> im Spalt werden die Elektronen um einen Winkel abgelenkt
naja, sie benehmen sich hier als Welle - damit werden sie gebeugt, nicht abgelenkt.
> Winkel [mm]\ge \alpha[/mm] Unschärfebereich
> Winkel < [mm]\alpha[/mm] schärfe bereich
> daraus lässt sich schliessen das Elektronen Materiewellen
> sind da sie am Spalt abgelenkt werden
>
> Bedeutung für die Heisenberg sche unschärfe Relation????
>
Naja, Heisenberg sagt, daß du Ort und Impuls nicht gleichzeitig genau messen kannst. Gibst du die Spaltbreite mit 100% Präzision an, handelst du dir einen großen "Fehler" in der Impulsbestimmung ein. Alleine deshalb erwartest du einen Strich, der breiter als dein Spalt ist, und was du als Unschärfebereich bezeichnest.
Daß auch außerhalb etwas zu beobachen ist, liegt dann an dem Wellencharakter.
> Für jede Hilfe dankbar, und wir haben uns länger als 5min
> damit auseinander gesetzt
Mit 5min würde ich dir zustimmen. Nehm es mir nicht böse, aber an vielen Stellen sieht das schon nach "kurz drübergeschaut" aus.
Ich empfehle dir, dich generell nochmal über Atommodelle schlau zu machen, und auch z.B. die einzelnen Versuche nochmal genauer zu betrachten.
Es gibt im Netz massig Material dazu. An ein einigen Stellen ist Wikipedia etwas kompliziert, aber das ist ja nicht die einzige Webseite.
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> THX
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