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Physik: Elektrodynamik / Strahlung & Materie

Terms in this set (40)

Wie entsteht elektromagnetische Induktion?
Durch Bewegung eines Magneten in einer Spule bzw. durch Flächenänderung oder Magnetfeldänderung
Wovon hängt die Richtung des Stroms bei elektromagnetischer Induktion ab?
Von der Polung des Magneten
Was führt zu einer höheren Induktionsspannung?
1. Eisenkern in der Spule
2. schnellere Bewegung des Magneten
3. höhere Windungszahl der Spule (bei gleichbleibender Frequenz)
Erläutere kurz das Prinzip der Induktion
Ein Leiter wird in ein Magnetfeld gebracht, wodurch eine Lorentzkraft entsteht (Linke-Hand-Regel) und eine Spannung induziert wird.
Wie lässt sich die Formel U_ind = v × B × d herleiten?
F_Lorentz = F_el. Feld
e × v × B = e × E
v × B = E
v × B = U_ind / d
U_ind = v × B × d
Linke-Hand-Regel für die Lorentzkraft
Daumen: v (Bewegungsrichtung des Elektrons)
Zeigefinger: B (Richtung des Magnetfeldes)
Mittelfinger: F_L (Lorentzkraft)
Was passiert, wenn sich die vom Magnetfeld durchsetzte Fläche (A) ändert?
Eine Induktionsspannung wird induziert
Was bedeutet ∆B / ∆t ?
Die zeitliche Veränderung der Stärke des Magnetfeldes (Magnetfeldänderung)
Was besagt die Lenz'sche Regel?
Ein Induktionsstrom wirkt immer seiner Ursache entgegen
Welcher Ursache wirkt der Induktionsstrom entgegen?
Schnelles Abfallen des Magnetfeldes durch einen ausfallenden Strom
Wie groß ist die Netzspannung?
230V
Trafo: Je mehr Windungen an der Sekundärspule, desto...
...desto größer ist die Sekundärspannung und desto kleiner ist der Sekundärstrom
Woraus besteht ein Transformator?
Primärspule (felderzeugende Spule) und Sekundärspule (Induktionsspule), die über einen Eisenkern verbunden sind.
Erkläre das Prinzip des Transformators.
1. Stromstärke an Primärspule wird erhöht
2. Dadurch entsteht an der Primärspule ein elektrisches Feld
3. Eisenkern überträgt magnetischen Fluss an Sekundärspule
4. An Sekundärspule entsteht wegen der Veränderung eine Induktionsspannung
Trafo: Wie verhält sich die Spannung bei gleicher Windungszahl beider Spulen?
Die Sekundärspannung ist doppelt so groß wie die Primärspannung
Trafo: Wie verhält sich die Spannung, wenn die Sek'spule doppelt so viele Windungen wie die Primärspule hat?
Die Sekundärspannung ist doppelt so groß wie die Primärspannung
Trafo: Wie verhält sich die Spannung, wenn die Sek'spule halb so viele Windungen wie die Primärspule hat?
Die Sekundärspannung ist halb so groß wie die Primärspannung
Erläutere das Prinzip der Mülltrennung
Wirbelstromseperator trennt nicht-magnetische Metalle von anderem Müll. Nicht-magnetische Metalle wirken einem Wechselfeld entgegen (Lenz) und werden weggeschleudert.
Nenne 6 Atommodelle (in chronlogischer Reihenfolge)
1. Atommodell von Dalton
2. Rosinenkuchen-Modell von Thomson
3. Kern-Hülle-Modell von Rutherford
4. Wasserstoff-Atommodell von Bohr
5. Schalenmodell
6. Orbitalmodell
Was sind die Kernaussagen von John Daltons Atommodell und wann wurde es entwickelt?
Anfang des 19. Jahrhunderts.
1. chem. Elemente bestehen aus kleinen, unteilbaren Kugeln = Atomen
2. Alle Atome eines Elements haben gleiche Masse und Größe
3. Chem. Reaktionen: Atome werden nicht vernichtet oder erzeugt, sondern ordnen sich neu an
Wann entwickelte John Thomson sein Rosinenkuchen-Modell, und wovon geht es aus?
1903.
Negative Elektronen bewegen sich im Atom durch eine positive Masse (wie Rosinen im Teig)
Wann entwickelte Ernest Rutherford sein Kern-Hülle-Modell, und wovon geht es aus?
1911.
Eine Wolke von Elektronen umgibt den positiven Atomkern, der fast die ganze Masse des Atoms besitzt. Größter Teil des Atoms ist leerer Raum. Elektronen stürzen in den Kern und erzeugen Licht.
Wann entwickelte Niels Bohr sein Wasserstoff-Atommodell, und wovon geht es aus?
1913.
Elektronen bewegen sich auf stablilen Kreisbahnen und wechseln zwischen diesen. Jede Bahn = ein Energiezustand des Atoms.
Erläutere das Schalenmodell.
Weiterentwicklung des Atommodells von Bohr.
Atomhülle ist in Schalen aufgebaut (K-Schale = 2 Elektronen, L = 8, M = 18,...). Vereinbar mit dem Periodensystem der Elemente.
Wer entwickelte das Orbitalmodell und wie unterscheidet es sich von den anderen Modellen?
Erwin Schrödinger war an der Entwicklung beteiligt.
Quantenmechanisches Atommodell. Den Elektronen wird keine Bahn, sondern ein Orbital (Stationärer Zustand mit definierter Funktion und Energiewert) zugeordnet.
Wofür steht ALARA?
"As low as reasonably achievable"
Was ist der Grundgedanke des ALARA-Prinzips?
Strahlenexposition soll unter wirtschaftlichen und sozialen Faktoren sicher und ungefährlich gehalten werden
Welcher Grenzwert darf bei der Strahlenexposition nicht überschritten werden?
0,3 mSv/a im Jahr (außerhalb kerntechnischer Anlagen)
Was sind die 4 Grundregeln des ALARA-Prinzips?
1. Möglichst geringe Aktivität der Quelle
2. Abschirmung der Strahlen durch geeignete Materialien
3. Beschränkung der Aufenthaltsdauer im Strahlenfeld
4. Sicherer Abstand zur Strahlenquelle
Nenne 5 Eigenschaften der Röntgenstrahlung
1. unsichtbar & geradlinig
2. Kann durch elektrisches oder magnetisches Feld nicht abgelenkt werden
3. Durchdringt Körper geringer Elektronendichte
4. Wird von Körpern großer Elektronendichte geschwächt/absorbiert
5. Kann durchstrahlte Materie ionisieren
Was ist die Gefahr bei Röntgenstrahlung?
Die Ionisierung kann sich irreperabel auf Stoffwechselprozesse und Zellstrukturen auswirken
Nenne 2 Experimente zum Nachweis der Eigenschaften von Röntgenstrahlung
1. Die Wellenlänge liegt nicht im sichtbaren Bereich
2. Legt man ein Portemonnaie in den Strahlengang, erscheint ein dunkler Schatten der Münzen (große Elektronendichte) auf dem Fluoreszenzschirm. Ein Magnetisches Feld beeinflusst die Strahlung bzw. den Schatten nicht.
Inwiefern lassen sich die Eigenschaften der Röntgenstrahlung an einem Elektroskop nachweisen?
Das Elektroskop entlädt sich (geht zurück), weil Moleküle in der Luft durch die Strahlung ionisiert werden. Diese lösen negative Ladung.
Wann erschient nur ein schwaches Bild auf dem Schirm der Röntgenröhre?
Bei niedriger Beschleunigungsspannung oder niedrigem Emissionsstrom
Was passiert im Glaskolben der Röntgenröhre?
Im Vakuum des Glaskolbens treten durch
hohe Heizspannung Elektronen an der Glühkathode aus. Mit der Beschleunigungsspannung werden sie in Richtung Anode (positiv geladen) beschleunigt.
Wie entsteht die Röntgenstrahlung in der Röntgenröhre?
Die schnellen, energiereichen Elektronen werden an der Anode abgebremst (Wechselwirkung), worauf eine elektromagnetische Strahlung (Röntgenstrahlung) entsteht.
Wie ist die Franck-Hertz-Röhre aufgebaut?
In einer mit Quecksilberdampf (Hg) gefüllten Glasröhre werden Elektronen emittiert (U_H), die zu einer gitterförmigen Anode beschleunigt werden (U_B). An der Auffängeranode hinter dem Gitter ist eine konstante Gegenspannung (U_G) angelegt.
Wie wird der Franck-Hertz-Versuch durchgeführt?
Bei konstanter Gegenspannung wird die Beschleunigungsspannung kontinuierlich erhöht und der Auffängerstrom I gemessen.
Was beobachtet man beim Franck-Hertz-Versuch?
Periodisch wiederkehrende Strommaxima/-minima. Der Abstand benachbartert Maxima beträgt 4,9 V. (x-Achse: U_B; y-Achse: I)
Wie lassen sich die Beobachtungen beim Franck-Hertz-Versuch erklären?
1. Elektronen prallen zunächst an Hg-Atomen ab und gelangen durch das Gitter zur Auffängeranode (elastischer Stoß)
2. Bei bestimmter U_B: Unelastischer Stoß: Elektrinen verlieren Energie an Hg-Atome und kommen nicht mehr gegen die Gegenspannung an
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