Größenordnungen: Vom Universum zum Atomkern

aus ZUM-Wiki, dem Wiki für Lehr- und Lerninhalte auf ZUM.de
Wechseln zu: Navigation, Suche


In dieser Stunde klären wir, in welcher Größenordnung sich die Atomkerne befinden. Soviel sei verraten; sie sind klein - sehr sogar!

Inhaltsverzeichnis

Größenordnungen - vom Universum zum Atomkern

Auf der Seite Scale of the Universe gibt es ein sehr gute Animation in der man die Größenordnungen im Universum erforschen kann.
Hier ist noch ein handlicherer Link zur Animation: http://bit.ly/größenordnung


Längenbezeichnungen und wissenschaftliche Schreibweise

Weil in der Kernphysik mit sehr kleinen Längen umgegangenwird, bietet es sich an, die wissenschaftliche Schreibweise für sehr kleine Zahlen zu lernen. Bei der Gelegenheit bietet es sich an, die Schreibweise für sehr große Zahlen mit zu lernen. Dazu schreibt man eine Zahl mit nur einer Stelle vor dem Komma (hier 1,674.927.351) und verschiebt mit einem Trick das Komma um beliebig viele Stellen nach links oder rechts.
Der Trick ist, die Zahl mit einer Zehnerpotenz (hier 10−27 zu multiplizieren. Ist der Exponent negativ (so wie in unserem Beispiel), wandert das Komma nach links - und zwar um so viele Stellen wie der (Betrag des) Exponent angibt (hier 27). Unser Beispiel würde in der normalen Schreibweise also folgendermaßen aussehen: 0,000.000.000.000.000.000.000.000.001.674.927.351
Weil das blöd zu Schreiben ist, hilft man sich mit der Wissenschaftlichen Schreibweise (die auch Exponenten-Schreibweise genannt wird).
Wenn der Exponent der Zehnerpotenz positiv ist, dann wandert das Komma übrigens um so viele Stellen nach rechts, wie der (Betrag des) Exponent angibt. 1,7863 ⋅ 1012 ist also das gleiche wie 1.786.300.000.000

Wissenschaftliche Schreibweise

größer
Angabe in Meter alternative Angabe wissenschaftliche Schreibweise ein Beispiel
1.000.000m 1 ⋅ 106m
1.000m 1km 1 ⋅ 103m höchster Wasserfall
100m 1 ⋅ 102m ISS
10m 1 ⋅ 101m Haus
1,7m 1,7 ⋅ 100m Mensch
1m 1 ⋅ 100m Sandkiste
kleiner
Angabe in Meter alternative Angabe wissenschaftliche Schreibweise ein Beispiel
0,1m 1 ⋅ 10-1m Maus
0,01m 1cm (Zentimeter) 1 ⋅ 10-2m Kaffeebohne
0,001m 1mm (Millimeter) 1 ⋅ 10-3m Staubkorn
0,000.001m 1μm (Micrometer) 1 ⋅ 10-6m Virus
0,000.000.001m 1nm (Nanometer) 1 ⋅ 10-9m Molekül
0.000.000.000.1m 1 ⋅ 10-10m
0,000.000.000.01m 1 ⋅ 10-11m
0,000.000.000.001m 1pm (Picometer) 1 ⋅ 10-12m
0,000.000.000.000.1m 1 ⋅ 10-13m
0,000.000.000.000.01m 10fm (Femtometer) 1 ⋅ 10-14m


Das Auflösungsvermögen

Aufnahme eines Eiskristalls mit einem Tieftemperatur-Elektronen-Mikroskop in verschiedenen Vergrößerungen.

Auge

Auf der Seite Auflösungsvermögen#AugeWikipedia-logo.png in der Wikipedia wird erklärt, wie die Begrenzung des Auges zustande kommt. Ein Objekt, dass das Auge nicht auflösen kann, kann nicht mehr als einzelnes Objekt wahrgenommen werden. Ein Bild dieser feinen Auflösung lässt sich am gewöhnlichen Computerbildschirm nicht darstellen, da die Auflösung des Bildschirms grober ist, als das Auflösungsvermögen des Auges.
Die kleinsten mit bloßem Auge wahrnehmbaren Objekte haben (bei der Entfernung in der man ein Buch hält) etwa eine Größe von 1 ⋅ 10-4m.

Mikroskop

Das Auflösungsvermögen eines optischen Mikroskops ist durch die Wellenlänge des Lichts begrenzt. Die Wellenlänge ist eine Eigenschaft des Lichts, die u.a. für die Farbe des Lichts verantwortlich ist.
Die kleinsten mit einem optischen Mikroskop wahrnehmbaren Objekte haben etwa eine Größe von 1 ⋅ 10-7m.

Bild einer Graphitoberfläche, dargestellt durch ein Rastertunnelmikroskop. Die blauen Punkte zeigen die Lage der einzelnen Atome der hexagonalen Graphitstruktur.

Rasterelektronenmikroskop

Das Auflösungsvermögen eines Elektronenmikroskops ist ebenfalls begrenzt. Die kleinsten mit einem Elektronenmikroskop wahrnehmbaren Objekte haben etwa eine Größe von 1 ⋅ 10-10m.