Elementarteilchen und Radioaktiver Zerfall/Halbwertszeit und Elementarteilchen und Radioaktiver Zerfall/Der Aufbau eines Atoms: Unterschied zwischen den Seiten

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Die Abbildung zeigt einen Graphen, der beschreibt, wie viel Prozent der Atome eines Bi-210-Präparats nach einer bestimmten Anzahl vergangener Tage noch nicht zerfallen sind.  
Schon im antiken Griechenland haben sich Philosophen Gedanken zum Aufbau der Materie gemacht. Aus dieser Zeit stammt der Begriff des Atoms. Er leitet sich vom griechischen "atomos" ab, was übersetzt etwa so viel wie "nicht spaltbar" bedeutet. Die alten Griechen sind früher also davon ausgegangen, dass Materie aus kleinsten Teilchen mit dem Namen Atom bestehen und dass diese Atome der Materie ihre Eigenschaften geben.  


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Den Gedanken der "Nichtspaltbarkeit" kann man verstehen, wenn man sich z.B. einen Eisenwürfel vorstellt, den man halbiert. Dann stellt man sich vor, wie man die Hälfte des Eisenwürfels erneut halbiert. So macht man immer wieder weiter. Nach den Gedanken der alten Griechen ist dieses Verfahren nicht unendlich lang weiterführbar, weil man irgendwann nur noch das '''nicht spaltbare''' kleinste Eisenteil, '''das Eisenatom''', übrig hat.
|Aufgaben 7.1: Beschreibung der Abbildung
 
|Benenne, wofür die beiden Achsen stehen.  
Etwa Zwei Jahrtausende später entdeckt der Physiker '''J. J. Thomson''' die negativ geladenen Elektronen, die um ein vielfaches kleiner sind als das Atom selbst. Außerdem gibt es Gründe zur Annahme, dass Elektronen Teil jedes Atoms sind. Das Bild der unteilbaren Atome ist erschüttert.
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Es stellt sich eine Frage:  ''Wenn Atome insgesamt elektrisch neutral geladen sind, aber elektrisch negativ geladene Elektronen beinhalten, was für Teilchen existieren dann noch im Atom, um die negative Ladung auszugleichen?''
 
Das motivierte viele Physiker und ein neues Forschungsgebiet entstand. Sie versuchten, ein Modell für den Aufbau der Atome zu erstellen.
Ein erstes Modell kam von J. J. Thomson selbst. Er modellierte das Atom wie den Teig von Rosinenkuchen: ''Ein Atom sei laut Thomson ein Kügelchen gewesen, in dem Masse und positive Ladung gleichmäßig verteilt sind. In diesem Kügelchen eingebettet sind wie Rosinen im Kuchenteig die punktförmigen, negativ geladenen Elektronen''.
 
Der Physiker Ernest Rutherford wollte 1911 das Modell Thomsons überprüfen. Dazu führte er seinen bekannten Streuversuch durch. Er wird auf der Skizze dargestellt.
In dem Versuch schoss er positiv geladene Alpha-Teilchen auf eine dünne Goldfolie. Um die Goldfolie herum war ein Schirm, auf dem detektiert wurde, wo die Alpha-Teilchen nach Durchdringen der Goldfolie ankamen.
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[[Datei:Rutherford-Streuversuch.jpg|Rutherford-Streuversuch.jpg]]
 
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|Aufgaben 7.2: Deutung des Graphen
==Simulation des Versuchs von Rutherford==
|Wie viel Prozent der ursprünglichen Bi-210-Atomkerne existieren noch nach 5 Tagen? Wie viele nach 10 Tagen?
Führe den Versuch Rutherfords in der Simulation durch.  
}}
'''Das Rosinenkuchenatom zeigt, wie der Versuch laufen würde, wenn Thomsons Modell stimmt. Das Rutherford-Atom zeigt, was bei dem Versuch wirklich beobachtet wurde.'''




https://phet.colorado.edu/sims/html/rutherford-scattering/latest/rutherford-scattering_all.html?locale=de
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[[Datei:Rutherford-Streuversuch.jpg|Rutherford-Streuversuch.jpg]]


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|Aufgaben 7.3: Simulation radioaktiven Zerfalls
|Kohlenstoff-14-Kerne zerfallen unter Abgabe eines Alpha-Teilchens zu Stickstoff-14-Kernen. Führe die Simulation durch.
'''Dokumentiere''', wie sich die Rate der zerfallenden Kerne im Lauf der Zeit ändert.
}}


https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/nuclear-physics/latest/nuclear-physics.html?simulation=radioactive-dating-game&locale=de


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|Aufgaben 7.4: Beschreibung der Simulation
|Aufgaben 1.1: Auswertung des Versuchs
|Der physikinteressierte Schüler Paul hat sich auch das Diagramm angeschaut. Er hat seine Beobachtungen aufgeschrieben und dabei schon Fachbegriffe genannt, die er aus eigener Recherche kennt. Leider kann er nicht so gut mit Technik umgehen... '''Hilf ihm, seinen Text wieder zu ordnen. '''
|'''Beschreibe deine Beobachtung beim Rutherford-Atom''', indem du den Satzanfängen das passende Ende zuordnest
|Arbeitsmethode
}}


{{LearningApp|app=phzjsxnst23|width=100%|height=600px}}
<div class="lueckentext-quiz">
Die meisten Alpha-Teilchen '''bewegen sich unverändert weiter.'''


''Wenn du fertig bist, dann fotografiere seine Sätze und füge das Foto deinem Ordner hinzu.''
Ein paar Alpha-Teilchen '''werden leicht abgelenkt.'''
}}


Wenige Alpha-Teilchen '''werden in ihre Herkunftsrichtung zurückgeworfen.'''
</div>


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|Aufgaben 7.5: Recherche
|Aufgaben 1.2: Auswertung des Versuchs
|Recherchiere die Halbwertszeiten von Cäsium-137, Iod-129, Cobalt-60, Plutonium-239.  
|Erkläre, warum einige Alpha-Teilchen abgelenkt werden und andere nicht.
|Arbeitsmethode
}}
}}


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|Aufgaben 7.6: Endlagerung?
|Aufgaben 1.3: Auswertung des Versuchs
|Die Stoffe aus Aufgabe 7.5 sind Restprodukte von Brennstäben aus Kernkraftwerken. Bewerte die Notwendigkeit von Endlagern. Leite daraus ab, wie ein Endlager für radioaktiven Müll am besten gebaut sein sollte.  
|Deute, was das Verhalten der Alpha-Teilchen für den Aufbau des Atoms bedeutet.
|Arbeitsmethode
}}
}}


== Lerneinheiten ==
==Lerneinheiten==
 
[[Der Aufbau eines Atoms]]
[[Der Aufbau eines Atoms]]



Version vom 10. November 2023, 07:11 Uhr

Schon im antiken Griechenland haben sich Philosophen Gedanken zum Aufbau der Materie gemacht. Aus dieser Zeit stammt der Begriff des Atoms. Er leitet sich vom griechischen "atomos" ab, was übersetzt etwa so viel wie "nicht spaltbar" bedeutet. Die alten Griechen sind früher also davon ausgegangen, dass Materie aus kleinsten Teilchen mit dem Namen Atom bestehen und dass diese Atome der Materie ihre Eigenschaften geben.

Den Gedanken der "Nichtspaltbarkeit" kann man verstehen, wenn man sich z.B. einen Eisenwürfel vorstellt, den man halbiert. Dann stellt man sich vor, wie man die Hälfte des Eisenwürfels erneut halbiert. So macht man immer wieder weiter. Nach den Gedanken der alten Griechen ist dieses Verfahren nicht unendlich lang weiterführbar, weil man irgendwann nur noch das nicht spaltbare kleinste Eisenteil, das Eisenatom, übrig hat.

Etwa Zwei Jahrtausende später entdeckt der Physiker J. J. Thomson die negativ geladenen Elektronen, die um ein vielfaches kleiner sind als das Atom selbst. Außerdem gibt es Gründe zur Annahme, dass Elektronen Teil jedes Atoms sind. Das Bild der unteilbaren Atome ist erschüttert. Es stellt sich eine Frage: Wenn Atome insgesamt elektrisch neutral geladen sind, aber elektrisch negativ geladene Elektronen beinhalten, was für Teilchen existieren dann noch im Atom, um die negative Ladung auszugleichen?

Das motivierte viele Physiker und ein neues Forschungsgebiet entstand. Sie versuchten, ein Modell für den Aufbau der Atome zu erstellen. Ein erstes Modell kam von J. J. Thomson selbst. Er modellierte das Atom wie den Teig von Rosinenkuchen: Ein Atom sei laut Thomson ein Kügelchen gewesen, in dem Masse und positive Ladung gleichmäßig verteilt sind. In diesem Kügelchen eingebettet sind wie Rosinen im Kuchenteig die punktförmigen, negativ geladenen Elektronen.

Der Physiker Ernest Rutherford wollte 1911 das Modell Thomsons überprüfen. Dazu führte er seinen bekannten Streuversuch durch. Er wird auf der Skizze dargestellt. In dem Versuch schoss er positiv geladene Alpha-Teilchen auf eine dünne Goldfolie. Um die Goldfolie herum war ein Schirm, auf dem detektiert wurde, wo die Alpha-Teilchen nach Durchdringen der Goldfolie ankamen.

Rutherford-Streuversuch.jpg


Rutherford-Streuversuch.jpg


Aufgaben 1.1: Auswertung des Versuchs

Beschreibe deine Beobachtung beim Rutherford-Atom, indem du den Satzanfängen das passende Ende zuordnest

Die meisten Alpha-Teilchen bewegen sich unverändert weiter.

Ein paar Alpha-Teilchen werden leicht abgelenkt.

Wenige Alpha-Teilchen werden in ihre Herkunftsrichtung zurückgeworfen.


Aufgaben 1.2: Auswertung des Versuchs

Erkläre, warum einige Alpha-Teilchen abgelenkt werden und andere nicht.


Aufgaben 1.3: Auswertung des Versuchs

Deute, was das Verhalten der Alpha-Teilchen für den Aufbau des Atoms bedeutet.

Lerneinheiten

Der Aufbau eines Atoms

Kennzahlen von Atomkernen

Radioaktivität

Nachweis von Radioaktivität

Verschiedene Arten von Strahlung

Aktivität

Halbwertszeit

Zerfallsgesetz