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Vorname Name Autor/-in01.04.2015 11 E-Lern- und Lehrmedium: Quantenchemie und Chemie farbiger Stoffe Wellen, Licht und Elektronen.

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1 Vorname Name Autor/-in01.04.2015 11 E-Lern- und Lehrmedium: Quantenchemie und Chemie farbiger Stoffe Wellen, Licht und Elektronen

2 Günter Baars 22 Übersicht 1.Wellen 2.Licht 3.Elektron

3 Günter Baars 3 1. Wellen Paul Klee

4 Günter Baars 4 1. Wellen Slinky-Feder im Chemie-Vorbereitungszimmer (Gymnasium Bern-Neufeld)

5 Günter Baars 5 1. Wellen Slinky-Feder im Chemie-Vorbereitungszimmer (Gymnasium Bern-Neufeld)

6 Günter Baars 6 1. Wellen Verlauf der Bewegung eines Erregers, der auf einem Wellen- träger eine fortlaufende harmonische Transversalwelle erzeugt.

7 Günter Baars 7 1. Wellen Bildung von fortlaufenden harmonischen Wellen

8 Günter Baars 8 1. Wellen Bildung einer fortlaufenden harmonischen Transversal- welle

9 Günter Baars 9 1. Wellen Momentanbild einer fortlaufenden harmonischen Transversalwelle zur Zeit t

10 Günter Baars 10 1. Wellen Zwei Momentanbilder einer fortlaufenden harmonischen Transversalwelle zur Zeit t und t +  t

11 Günter Baars 11 1. Wellen a) konstruktive und b) destruktive Interferenz zweier Wellen

12 Günter Baars 12 1. Wellen Ausbildung einer stehenden Welle durch zwei entgegengesetzt laufende harmonische Wellen.

13 Günter Baars 13 1. Wellen Versuchsanordnung zur Erzeugung der Eigenschwin- gungen eines Gummiseils

14 Günter Baars 14 1. Wellen Mögliche stehende Wellen (Eigenschwingungen) eines Gummiseils sowie die dazugehörenden Wellenlängen

15 Günter Baars 15 1. Wellen Beugungsbild eines Laserstrahls an einem Spalt

16 Günter Baars 16 1. Wellen Beugungsbild eines Laserstrahls an einer runden Öffnung

17 Günter Baars 17 1. Wellen Intensitätsmaximum Intensitätsminimum  x = n  (n = 0, 1, 2, 3,....)  x = n  (n = 1, 3, 5, 7,...) Wegstrecke der Welle 1: 3 Wegstrecke der Welle 1: 3,5 Wegstrecke der Welle 2: 4 Wegstrecke der Welle 2: 4 Bildung heller und dunkler Stellen eines Beugungsbilds

18 Günter Baars 18 2. Licht Elektromagnetische Wellen; M: Magnetische Flussdichte; E: Elektrische Feldstärke [entspricht der Amplitude der Welle bzw. der Intensität (Helligkeit) des Lichts]

19 Günter Baars 19 2. Licht Einteilung der elektro- magnetischen Strahlung

20 Günter Baars 20 2. Licht Versuchsanordnung zur Demonstration des Fotoelektrischen Effekts

21 Günter Baars 21 2. Licht Wirkungsweise einer Fotozelle (schematisch)

22 Günter Baars 22 2. Licht m e : Masse Elektron; v: Geschwindigkeit des Elektrons; e: Elektronenladung; U 0 : maximale Spannung Versuchsanordnung zur Bestimmung der maximalen kinetischen Energie von Fotoelektronen

23 Günter Baars 23 2. Licht 1.Der Fotoelektronenstrom ist sofort nach dem Eintreffen des Lichts (bei genügend hoher Frequenz) auf der Metall- oberfläche zu beobachten. 2.Unterhalb einer bestimmten Lichtfrequenz f werden keine Fotoelektronen freigesetzt, ganz egal, wie hoch die Intensität des Lichts ist. Daraus folgt, dass für ein bestimmtes Metall die maximale Spannung und damit die maximale kinetische Energie der Fotoelektronen nur von der Frequenz des eingestrahlten Lichts beeinflusst wird, nicht aber von der Lichtintensität. Die maximale kinetische Energie der Foto- elektronen ist folglich nur von der Lichtfrequenz abhängig. 3.Die Anzahl der Fotoelektronen ist, bei konstanter Frequenz, direkt proportional zur Intensität des ein-gestrahlten Lichts, wobei sich die maximale kinetische Energie der Foto- elektronen nicht ändert.

24 Günter Baars 24 2. Licht Eine elektromagnetische Strahlung bestimmter Frequenz (Wellenmodell) besteht aus Photonen (Teilchenmodell), die alle die gleiche Energie besit- zen. E = h  f h heisst Plancksches Wirkungsquantum Eine elektromagnetische Strahlung bestimmter Frequenz (Wellenmodell) strahlt umso intensiver (Intensität; "Helligkeit"), je grösser die Anzahl der Photonen (Teilchenmodell) ist. Abhängigkeit der Gesamtenergie einer elektromagnetischen Welle: E ges : Frequenz (f) und Intensität (Amplitude E) [Wellenmodell] E ges : Energie eines Photons und Anzahl Photonen [Teilchenmodell]]

25 Günter Baars 25 2. Licht Intensität einer elektromagnetischen Strahlung  0  E 2  c = (h  f)  n; ohne die Konstanten  0, c, f und h ergibt sich: n  E 2 Wellenmodell: I =  0  E 2  c [W  m -2 ] I : Intensität;  0 :elektrische Feldkonstante; E: Betrag der elektrischen Feldstärke (Amplitude der elektromagnetischen Strahlung); c: Lichtge- schwindigkeit Teilchenmodell: I = (h  f)  n [W  m -2 ] h·f: Photonenenergie; Anzahl Photonen

26 Günter Baars 26 3. Elektronen Kathodenstrahlrohr

27 Günter Baars 27 3. Elektronen Kathodenstrahlrohr: Ablenkung der Elektronen

28 Günter Baars 28 3. Elektronen Kontinuierliches Spektrum von weissem Licht

29 Günter Baars 29 3. Elektronen Wasserstoffröhre

30 Günter Baars 30 3. Elektronen Linienspektrum des Wasserstofflichts

31 Günter Baars 31 3. Elektronen Grundzustand und angeregte Zustände von Wasserstoff-Atomen

32 Günter Baars 32 3. Elektronen Emissionsspektren einiger gasförmiger elementarer Stoffe (Zahlenangaben in nm; 1 nm = 10 -9 m)

33 Günter Baars 33 3. Elektronen Elektronenbeugungsröhre

34 Günter Baars 34 3. Elektronen Beugung von Elektronen an einer Aluminiumfolie

35 Günter Baars 35 3. Elektronen Deutung des Beugungsbilds eines Elektronenstrahls am Spalt

36 Günter Baars 36 3. Elektronen Louis de Broglie (1892-1987) h: Plancksches Wirkungsquantum; m: Masse; v: Geschwindigkeit

37 Günter Baars 37 3. Elektronen M. Born (1882-1970)  : Amplitude der Elektronenwelle; W: Wahrscheinlichkeit; V: Volumenelement; dW/dV: Elektronendichte (Aufenthaltswahr- scheinlichkeit pro Volumeneinheit!)

38 Günter Baars 38 3. Elektronen : Wellenlänge h: Plancksches Wirkungsquantum m: Masse v: Geschwindigkeit kinetische Energie potentielleEnergie Gesamtenergie Erwin Schrödinger (1887-1961)

39 Günter Baars 39 3. Elektronen


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