Aufbau der Materie - ein Arbeitsbereich für die 7. Schulstufe

Aufgabenstellung: Bearbeite mit Hilfe des Infoteils dein Arbeitsblatt „Aufbau der Materie“ Die schwarz-grauen Folien sind Basisbereiche (die musst du auf alle Fälle durcharbeiten) Die blauen Folien sind Erweiterungs – bzw. Vertiefungsbereiche (etwas schwieriger), du kannst sie auch überspringen

Wie alles begann???

Dem Urknall auf der Spur Der Urknall - die Entstehung von Materie, Raum und Zeit. Er ist der Anfang der „Welt“ und zugleich immer noch eines ihrer größten Rätsel. Wann fand er statt und wie konnte aus ihm das ganze bekannte Universum entstehen? Die Astrophysik ist noch längst nicht soweit, den Ursprung der Welt erklären zu können. Wir gehen aber heute davon aus, dass es den Urknall gegeben hat. Die Urknalltheorie ist bis heute noch nicht widerlegt worden.

Theorie: Entstehung des Universums aus dem Urknall heraus Seit dem Urknall dehnt sich das Universum aus.

Unmittelbar nach dem Urknall….. Am Anfang war es unvorstellbar heiß und dicht - es gab noch keine Materie wie wir sie heute kennen - die Physiker können die Vorgängen am Anfang noch nicht beschreiben/erklären….. 10-35 Sekunden nach dem Urknall (= 0,00000000000000000000000000000000001 s): Das Gebiet des heute sichtbaren Universums dehnt sich bis auf die Größe einer Orange aus. Nach 10-10 s (= 0,0000000001 s) entsteht ein Übergewicht von Materie zur Antimaterie. Nach 1 s: Das Universum besteht aus einer “Suppe” heißer Elektronen und Quarks Materie und Antimaterie bildet sich und zerstrahlt sich wieder zu Energie

Nach 500 000 Jahren Quarks bilden Protonen, Neutronen, etc. Nach 1 Million Jahre Materie und Strahlung trennen sich. Bildung der Atome. Das Universum wird durchsichtig. Nach 1 Milliarde Jahre: Sterne und Galaxien bilden sich. Nach ca. 8 Milliarden Jahren: Unsere Milchstraße bildet sich. Vor ca. 5 Milliarden Jahren: Unser Sonnensystem bildet sich.

Einen tiefen Einblick in das junge Universum ermöglichte uns das Hubble Teleskop. Man sieht hunderte von Galaxien in allen denkbaren Formen, welche vor 10 Milliarden Jahren entstanden und demnach auch 10 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind.

Aus (interstellarem) Staub bilden sich Sonnen und Sonnensysteme

„EXPANSION“ Seither dehnt sich das Universum immer weiter aus ……. ……… und seit ca. 7 Milliarden Jahren sogar beschleunigt! Das bedeutet, die Geschwindigkeit mit der sich (irgend-)eine Galaxie von uns weg bewegt, wird immer größer! Die Physiker forschen, um Antworten zu finden, wie z.B.:

Stephen Hawking "Wir müssen uns bemühen, den Anfang des Universums mit den Mitteln der Naturwissenschaft zu begreifen. Das mag eine Aufgabe sein, die über unsere Kräfte geht, aber versuchen sollten wir es zumindest.“

Teilchen, die aus Quarks bestehen Protonen (und Neutronen) sind wie „harte Nüsse“: Schießt man sie ganz fest aufeinander so „zerbröselt“ ihre „Schale“ und man sieht, dass sie aus noch kleineren Teilchen bestehen, den Quarks. Protonen (p) tragen die kleinste positive elektrische Ladung. Neutronen (n) sind elektrisch neutral (d.h. nicht geladen). Modell eines Protons Modell eines Neutrons

Elektronen Elektronen sind nach derzeitiger Auffassung, wie Gummibälle, sie „zerbröseln“ nicht (sie bestehen offenbar nicht aus kleineren Teilchen). Sie springen weg, wenn man sie aneinander schießt. Sie gehören einer anderen Teilchensorte an als Quarks. Elektronen kommen in der Natur auch frei vor! Im Atom befinden sich die Elektronen in der Atomhülle (Elektronenhülle)! Elektronen (e-) tragen die kleinste negative elektrische Ladung (ELEMENTARLADUNG).

„Zerbröseln“ kann man Teilchen in Teilchenbeschleunigern. Schießt man Teilchen (z.B. Protonen) mit sehr sehr hoher Geschwindigkeit aufeinander, dann zerbrechen sie in ihre noch kleineren Bestandteile. Die Spuren (Teilchenspuren), die dabei entstehen, geben den Wissenschaftlern Aufschluss über die Art der Teilchen und der „Teilchenstücke“ (z.B. Quarks)

Modell eines Teilchen, welches aus Quarks aufgebaut ist. Was ist ein Quark? Ein Quark tritt in der Natur nie alleine auf (zumindest hat man noch kein einzelnes Quark gefunden). Quarks gelten heute als elementare Bestandteile, aus denen Teilchen wie Protonen oder Neutronen aufgebaut sind. Der Grund dafür, dass Teilchen mit Bruchteilen elektrischer Ladungen - wie man sie eigentlich bei Quarks erwartet hätte - nie beobachtet wurden, liegt darin, dass Quarks nie einzeln auftreten können. Sie sind treten immer in Form zusammengesetzter Teilchen auf!. Modell eines Teilchen, welches aus Quarks aufgebaut ist.

Erweiterung / Vertiefung Wenn du noch genügend Zeit hast, dann darfst du dir das Video „Eine Zeitreise durch das Universum“ ansehen. Bitte verwende in der Klasse Kopfhörer! Das Video dauert 5 Minuten: http://www.youtube.com/watch?v=OncK_mnIddE&feature=player_embedded

Atome Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle. Der Atomkern liegt in der Mitte des Atoms und macht 1% des Atomvolumens aus. In ihm sind jedoch mehr als 99% der Atommasse enthalten. Wäre der Atomkern so groß wie ein Tennisball, wäre der Atomdurchmesser in etwa 1,6 km groß. Atome sind etwa 0,0000000001 m groß. Hier kannst du dir den „kleinsten Film der Welt“ ansehen: In diesem Animationsfilm besteht der Junge, und die Gegenstände aus einzelnen Atomen, welche die Wissenschaftler mit einem speziellen Mikroskop bewegten. http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=oSCX78-8-q0

Atome Der Atomkern von normalem Wasserstoff besteht aus einem einzigen Proton. Der Atomkern von schwerem Wasserstoff (zwei radioaktive Wasserstoffarten) besteht aus einem Proton und ein bis zwei Neutronen. Atomkerne aller anderer Elemente bestehen aus Protonen und Neutronen. Die verschiedenen Elemente unterscheiden sich durch die Anzahl der Protonen im Atomkern. Die Atomhülle besteht aus Elektronen.

Webquellen und Bildquellen http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/07/image/ (17.5.2014) http://www.didaktik.physik.uni-erlangen.de/grundl_d_tph/titelseite.html (17.5.2014) http://particleadventure.org/particleadventure/german/frameless/index.html (17.5.2014) http://www.urbin.de/fakten/fa_077.htm (17.5.2014) http://intranet.cern.ch/Press/PhotoDatabase/ (17.5.2013) http://www.teilchen.at/ (28.8.2014)