Grundlagen der Physik - Das Nachhilfeforum

@Africanus
@ComCitCat

ComCitCat schrieb:und hat nur leider wie ich in der 2. Zeile meiner Rechnung das 1/2 vergessen.

Meine Fresse, was für ein Erstifehler. Ist wohl nicht mein Tag.

Africanus schrieb:sondern von der Geschwindigkeit der beiden Körper nach dem Zusammenstoß.

Achso jetzt ists klar.

@Balthasar70
Kannst dir auch gerne hier Basic Physics für Allmygenies noch einpaar Anregungen für deinen Thread holen.

Ich finde die Idee von @UffTaTa es in kleine Aufgaben zu verpacken ganz spannend, und beim Lernen sogar hilfreicher, als wenn man nur die graue Theorie wider käut.

Grüße^^

Coole Sache, ein Nachhilfeforum. Genau das hab ich gesucht 😁

Ich müsste jetzt erst einmal noch Grundlagen Lernen (in Physik wahrscheinlich noch nicht einmal das - ist aber ein anderes Thema).

Es geht bei mir aktuell nur um den Atomaufbau, wie ihn Bohr beschrieben hat - Schadenmodell usw. mir ist auch klar, das ein Modell nicht unbedingt die Realität widerspiegeln muss. Dennoch frage ich mich schon die ganze Zeit über: wie vertragen sich Protonen, Neutronen und Elektronen? Und wie geht das mit dem Erhaltungssatz einher?

Ein Neutral geladenes Teilchen angenommen:
Bei Helium sind es 2 Protonen, 2 Neutronen und 2 Elekronen.
Die beiden Protonen müssten auseinander streben. Damit das nicht passiert, sind im Atomkern Neutronen. Kann man noch so akzeptieren.
Aber warum bzw. welche Kraft verhindert, das die Elektronen in den Kern stürzen?

Eine weitere Frage ergab sich aus meiner Recherche zur anfänglichen Frage:
Warum bleibt ein Ion stabil? Besitzt bspw. der Kern plötzlich 3 Protonen, 2 Neutonen (und 2 Elektronen), warum strebt der Kern nicht auseinander? (oder warum wird das eine Proton nicht sofort wieder abgestoßen?)

Hab jetzt gefühlt 50 Tabs offen und keine Ahnung, wie ich an die Sache herangehen soll, um mir ein Thema zu erarbeiten...
Kann mir vielleicht auch hier jemand auf die Sprünge helfen? Wo gibt es aufbereitete und aufeinander aufbauende Materialien für das Selbststudium? Hab das Gefühl, wenn ich Wikipedia aufschlage, das sich beim lesen 100 andere Lücken auftun, die ich mutmaßlich zuerst stopfen sollte. Aber irgendwie fehlt mir ein Anfang...

Negev schrieb:Die beiden Protonen müssten auseinander streben. Damit das nicht passiert, sind im Atomkern Neutronen. Kann man noch so akzeptieren.

Die Neutronen sind dafür nicht verantwortlich, sondern die Starke Kernkraft, die zum Tragen kommt, wenn sich Protonen sehr nahe kommen (wenige Protonenradien).

In der Tat stoßen sich gleichnamige Ladungen aufgrund der elektromagnetischen Kraft ab, so ist es auch bei den Protonen. Diese Abstoßung hat eine unendliche Reichweite, ist aber deutlich schwächer als die Starke Kernkraft, die aber wiederum nur auf extrem kurzen Distanzen wirkt. D.h., nähern sich 2 Protonen an, stoßen sie sich zunächst ab. Die Stärke nimmt dabei sogar mit 1/r² zu, wenn sie sich jedoch so nahe kommen (1 bis 2 Protonenradien), dann "schnappt" die Starke Kernkraft zu, und beide Protonen verschmelzen miteinander, wobei Energie frei wird (siehe Sonne).

Neutronen stören dabei eher, insbesondere bei schweren Kernen (z.B. Uran). Daher zerfallen diese Kerne auch leichter als die kleinen.

Negev schrieb:Aber warum bzw. welche Kraft verhindert, das die Elektronen in den Kern stürzen?

Die Geschwindigkeit, mit der Elektronen sich bewegen. Ähnlich wie Planeten um die Sonne.

Negev schrieb:Warum bleibt ein Ion stabil?

Tut es ja eh nicht (so weit ich weiß). Es haftet sich sehr schnell an andere Ione, mehr oder minder stark, an.

@Peter0167
Danke, du hast mich auf den richtigen weg gebracht. Da muss ich dann erst einmal die 4 Grundkräfte verstehen. Aber zumindest weiß ich jetzt, wo ich die Erklärung zu suchen hab, wenn ich wissen will, wie der Atomkern zusammen hält.

Peter0167 schrieb:Die Stärke nimmt dabei sogar mit 1/r2 zu, wenn sie sich jedoch so nahe kommen (1 bis 2 Protonenradien), dann "schnappt" die Starke Kernkraft zu, und beide Protonen verschmelzen miteinander, wobei Energie frei wird (siehe Sonne).

Neutronen stören dabei eher, insbesondere bei schweren Kernen (z.B. Uran). Daher zerfallen diese Kerne auch leichter als die kleinen.

Das ist dann auch der Grund, weshalb in der Sonne die Atome nur bis zu Eisen verschmelzen...

Dieses Zerfallen ist dann die Halbwertszeit. Je niedriger die Ordnungszahl, desto höher die Halbwertszeit.

off-peak schrieb:Die Geschwindigkeit, mit der Elektronen sich bewegen. Ähnlich wie Planeten um die Sonne.

Aber woher bekommen diese Elektronen ihre Energie?

Oder befinden sich die Elektronen, der jeweiligen Atomen, sowieso im ständigen Austausch?
Natürlich wird einem Atom immer Energie zugeführt - in Form von Strahlung (Photonen?).

Aber würde mit einem Einzelnen Atom passieren, würde man es in einen Raum einschließen, der gänzlich ohne Energie ist?

Peter0167 schrieb:Neutronen stören dabei eher, insbesondere bei schweren Kernen (z.B. Uran).

Wirklich? Eigentlich sind doch eher mehr Neutronen nötig, je größer der Kern wird, um ihn stabil zu halten.

Ein Folge der Kurzreichweitigkeit der Kernkraft und der Langreichweitigkeit der Coulombkraft ist der Aufbau von größeren, stabilen Kernen. In der folgenden Nuklidtafel (N-Z-System) sind die stabilen Kerne als schwarze Punkte dargestellt. Man sieht, dass die größeren stabilen Kerne unterhalb der Winkelhalbierenden liegen, bei ihnen überwiegt also die Neutronenzahl N die Protonenzahl Z.

Die Erklärung dieses Phänomens ist die lange Reichweite der Coulombkraft: In größeren Kernen sitzen schon so viele Protonen, dass ein neu einzubauendes Proton die abstoßende Kraft von allen diesen Kernprotonen "spürt". Überwiegt diese Coumlombkraft die anziehende Kernkraft der unmittelbaren Nachbarn, so kann das Proton nicht stabil in den Kern integriert werden.

Quelle: https://www.leifiphysik.de/kern-teilchenphysik/kernmodelle/grundwissen/kernkraft

(Notiz: Die Restwirkung der starken Kernkraft wirkt zwischen Nukleonen, also auch zwischen Proton und Neutron)

Negev schrieb:Aber warum bzw. welche Kraft verhindert, das die Elektronen in den Kern stürzen?

Wollte nur kurz anmerken, dass Elektronen durchaus im Kern landen können und dann mit einem Proton zu einem Neutron umgewandelt werden können. Nennt sich Elektroneneinfang und ist eine Form des Radioaktiven Zerfalls:
Wikipedia: Elektroneneinfang

Izaya schrieb:Eigentlich sind doch eher mehr Neutronen nötig, je größer der Kern wird, um ihn stabil zu halten.

Ich dachte da eher an die instabilen Kerne, bei denen durch Neutroneneinfang eine Spaltung induziert wird.

@Negev:

Negev schrieb:Aber woher bekommen diese Elektronen ihre Energie?

Es ist ein verbreitetes Missverständnis, dass Bewegung laufende Energiezufuhr erfordert. Das ist nicht der Fall. Nur die Überwindung von Widerständen (z.B. Reibung) erfordert Energie.

Izaya schrieb:Wollte nur kurz anmerken, dass Elektronen durchaus im Kern landen können und dann mit einem Proton zu einem Neutron umgewandelt werden können. Nennt sich Elektroneneinfang und ist eine Form des Radioaktiven Zerfalls:

Dann wäre das Phänomen des Elektroneneinfang gleichzusetzen mit einer Art (oder die) Halbwertszeit?

@uatu

uatu schrieb:Es ist ein verbreitetes Missverständnis, dass Bewegung laufende Energiezufuhr erfordert.

Interessant! Welches Thema wäre das?
Das würde ziemlich vieles, was grad in meinem Hirn herum spukt, auflösen...

Peter0167 schrieb:Ich dachte da eher an die instabilen Kerne, bei denen durch Neutroneneinfang eine Spaltung induziert wird.

Stimmt, daran hatte ich nicht gedacht. Da sieht man, Neutronen können so oder so wirken.

Negev schrieb:Dann wäre das Phänomen des Elektroneneinfang gleichzusetzen mit einer Art (oder die) Halbwertszeit?

Die Halbwertszeit ist die Zeit, die es braucht, bis statistisch die Hälfte des vorliegenden Materials radioaktiv zerfallen ist.

Heißt, habe ich 100g von Isotop X mit einer Halbwertszeit von 10 Minuten, habe ich nach 10 Minuten 50g von Isotop X + die Zerfallsprodukte.

Ob es sich bei dem Zerfall um Alpha-Zerfall, Elektroneneinfang, Beta-Zerfall oder Kernspaltung handelt ist egal.

Im Endeffekt ist die Halbwertszeit so ne Art "negativer Zins", der dir sagt, wie schnell dein Isotop dir wegstrahlt :D

Negev schrieb:Welches Thema wäre das?

Eine Sache nach der man Googlen könnte wäre Trägheit oder die Newton'schen Gesetze.

Negev schrieb:Aber warum bzw. welche Kraft verhindert, das die Elektronen in den Kern stürzen?

Um das Bohrsche Atommodell noch besser zu verstehen, lohnt es sich mit der De-Broglie-Wellenlänge zu beschäftigen. Nach dessen Theorie kann man jedem massebhafteten teilchen eine Wellenlänge zuordnen.

Ein Elektron das um ein Atomkern kreist nimmt nun genau jene Konfiguration ein in die wenigstens eine WEllenlänge passt. Schön veranschaulicht ist das hier:

Die Bewegung eines umlaufenden Elektrons können wir uns analog zu einem makroskopischen Wellenvorgang vorstellen, indem wir die Enden einer schwingenden Saite miteinander verbinden. Nach de Broglie umläuft eine Elektronenwelle den Atomkern, so dass ihre Null-Linie die Bohrsche Kreisbahn ist. Passt gerade ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge in den Kreisumfang, dann bilden sich stabile, stehende Wellen aus. Wenn die Wellenberge und -täler sich nicht von der Stelle bewegen, dann bleibt die Ladungsverteilung in jedem Zeitabschnitt immer dieselbe. Deswegen wird keine Energie abgestrahlt. Wenn die Quantenbedingung nicht erfüllt ist, dann würde sich die Welle auf einer Kreisbahn durch Interferenz zerstören; es wäre also keine stehende Welle.

Quelle:
https://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.251/Didactics/quantenchemie/html/SchroedF.html

Das heißt das Elektron nimmt nur die Konfigurationsbahnen ein, auf die eine entsprechende stehende Welle passt. In den Atomkern passt keine stehende Welle.

@mojorisin
Okay. Alles klar! Ich danke dir 😁

@all
Ne mal ehrlich. Jetzt weiß ich, das alles in Ordnung ist, das die Welt/Atome nicht im Begriff sind, sich gegenseitig auszulöschen (zumindest nicht zu meinen Lebzeiten 😂) und jetzt kann/muss ich mich wieder den Grundlagen widmen 🤭.

Negev schrieb:Aber woher bekommen diese Elektronen ihre Energie?

Durch die Anziehungskräfte des Kernes.

Gänzlich, auch ohne Wellen, einfach und hoffentlich anschaulich ausgedrückt:

1. Das e wird angezogen.
2. Dadurch auf seiner Bahn beschleunigt.
3. Diese Beschleunigung wird so stark, dass es, meistens, so schnell wird, dass
4. das e gerade noch am Kern vorbei schrammt.
5. Dennoch wirken dessen Anziehungskräfte auf des e weiterhin ein,
6. dessen Geschwindigkeit dadurch wieder gebremst wird,
7. bis es wieder nahe genug am Kern ist, um
8. erneut beschleunigt zu werden.

off-peak schrieb:Durch die Anziehungskräfte des Kernes.

Ganz sicher nicht.

@Peter0167

Dann erklär es bitte ganz sicher richtig. Von einer Verneinung alleine hat niemand was.

@off-peak>

off-peak schrieb:Durch die Anziehungskräfte des Kernes.

Ich weiss, dass Du das richtige meinste, aber das ist -- wie @Peter0167 bereits ansprach -- formal falsch. Sofern man das Bohr'sche Atommodell zugrundelegt, entspricht das Verhalten der Elektronen -- genau wie das Verhalten der Planten im Sonnensystem -- einem reibungsfreien Schwungrad. Die Energie bleibt einfach erhalten, es findet kein Energiefluss vom Kern zu den Elektronen statt.

@off-peak

Elektronen erhalten Energie durch Absorption von Photonen bzw. durch unelastische Stöße mit anderen Teilchen. Die Energieaufnahme erfolgt dabei quantisiert, ebenso wie die Energieabgabe.