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| Aufgabe | a) Was ist ein Phonon? (Erklärung für einen Schüler der Sek. II ohne Quantenphysik)
b) Welche Schülerexperimente sind geeignet? Welche Experimente oder Komponenten werden von Herstellern angeboten? |
Guten Abend! :)
a) Gute Frage, aber auf Wikipedia steht ja schon mal eine Menge.
- Ein Phonon ist eine Vereinfachung/Modellvorstellung (Quasiteilchen)
- beschreiben Gitterschwingungen.
Laut http://www.pit.physik.uni-tuebingen.de/PIT-II/teaching/ExPhys-V_WS04-05/ExPhysV-3_Phononen.pdf
Wichtige Rolle der Phononen:
bestimmen viele thermodynamische Eigenschaften eines Kristalls
(z.B. spezifische Wärme)
Beitrag zur thermischen Leitfähigkeit
Wechselwirkung mit Elektronen
großer Beitrag zum spezifischen Widerstand in Metallen
Bildung von ("Cooper-Paaren") in ('konventionellen') Supraleitern
optische Absorption/Emission in Halbleitern
b) habe ich noch nichts schönes gefunden. Man kann als Lehrer das Schülerlabor einer Uni nutzen...
Hat jemand noch schöne Hinweise für mich??
Liebe Grüße,
Ana-Lena
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 15:19 Mo 10.12.2012 | | Autor: | Josef |
Hallo Ana-Lena,
> a) Was ist ein Phonon? (Erklärung für einen Schüler der
> Sek. II ohne Quantenphysik)
"Phonon, in der Festkörperphysik das Quantum der Gitterschwingungen eines Festkörpers – in Analogie dazu steht das Quantum der Lichtenergie (auch Photon). In Festkörpern schwingen die Teilchen (Atome, Moleküle oder Ionen) infolge thermischer Wellen oder Schallwellen, die sich in ihnen ausbreiten. Dabei hat jede Welle ihre eigene, definierte Frequenz (Anzahl der Schwingungen pro Sekunde), für die das Formelzeichen u verwendet wird.
Ein Phonon stellt ein Energiequant dar und kann daher sowohl Teilchen- als auch Wellencharakter haben. Entsprechend kann sich die Energie einer Welle nur um bestimmte Portionen (Quanten) ändern (siehe Quantentheorie).
Die Phononen sind praktisch die Träger dieser Quanten, deren Energie gleich h × u ist. h ist das Plancksche Wirkungsquantum."
Quelle:
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Phonon
das, eine Elementaranregung der Gitterstruktur eines Festkörpers, die sich in kollektiven Oszillationen aller Gitterbausteine äußert. Die Quantenmechanik ordnet diesen Gitterschwingungen Teilchencharakter zu, die entsprechenden Quasiteilchen sind die Phononen (Schallquanten).
Quelle:
© Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG, Mannheim 2001
Phononen: die elementaren Schwingungsquanten eines Festkörpers.
Quelle: Schülerduden - Physik; Seite 311; ISBN 3-411-05374-7
Viele Grüße
Josef
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(Antwort) fertig | | Datum: | 21:02 Mo 10.12.2012 | | Autor: | chrisno |
Das ist ein merkwürdiges Projekt.
Der Begriff des Phonons macht für mich nur mit der Quantenmechanik Sinn. Man kann so in die QM einsteigen.
Normalerweise wird als erstes die lineare Kette berechnet, also ein Satz Massepunkte, die jeweils miteinander durch eine Feder verbunden sind. Dann kann man zu den Eigenfrequenzen des Systems auch Energiewerte berechnen.
Ein Experiment mit "echten" Phononen, das in der Schule betrieben werden könnte, fällt mir nicht ein. Vielleicht mangelt es mir ja an der Phantasie? Die Messung des Verlaufs der spezifischen Wärme bei richtig niedrigen Temperaturen wäre ja der Klassiker. Die Abweichung von Dulong-Petit bei höheren Temperaturen ist für die Schule doch etwas viel.
Also bleibt ein "Simulations-Experiment". Das geht in der Tat. Nimm eine oder mehrere große Spiralfedern "slinky". Die wird an einer langen Leiste (3-4 m) mit ca. 50 cm langen Schnüren aufgehängt. Befestige im Abstand von etwa jeweils zehn Windungen ein Massestück direkt an der Feder. Dann nimm einen Motor mit Exenter und bring das Ganze in Bewegung.
Es gibt auch eine Leiste mit Magnetrollen, die sich voneinander abstoßen. Das man damit etwas messen kann, bezweifle ich.
Man könnte auch auf der Luftkissenbahn ein paar Gleiter mit Federn koppeln.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 23:20 Di 11.12.2012 | | Autor: | matux |
$MATUXTEXT(ueberfaellige_frage)
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