Kräfte zwischen den Bausteinen der Materie auf atomarer Skala
Kräfte für die Strukturbildung Massen – immer anziehend: Gravitationsgesetz Ladungen – anziehend oder abstoßend: Coulombgesetz Es gibt keine Ladung ohne Masse Die Beschleunigung geladener Teilchen erfordert deshalb Kraft Es gibt Massen ohne Ladung
Coulomb-Kräfte zwischen ungleichnamigen Ladungen
Problem: Bei Verkleinerung des Abstands folgt zunehmend anziehenden Wirkung durch das Coulombgesetz zwischen ungleichnamigen Ladungen Gravitationsgesetz zwischen Massen Folge wäre „Verschmelzen“ der Körper Wer hält Abstand?
Coulomb-Kräfte zwischen gleichnamigen Ladungen
Bausteine in definiertem Abstand Bei entsprechender Verteilung von positiven und negativen Ladungen gibt es Abstände mit Gleichgewicht zwischen anziehenden und abstoßenden Kräften Jedes Atom enthält Elementarteilchen unterschiedlicher Ladung
Massen und Ladungen einiger Elementarteilchen SI Ladung Elektron 0,9109 10-30 1 kg -1,6022 10-19 1 C Proton 1,6725 10-27 1,6022 10-19 Neutron 1,6748 10-27
Beispiel: NaCl Kristall
Coulomb-Kräfte zwischen zwei unterschiedlich geladenen Teilchen, z. B Coulomb-Kräfte zwischen zwei unterschiedlich geladenen Teilchen, z. B. einem Na+ - und einem Cl- Ion
Aufbau der Ionen: Na+ Cl- Cl Kern, 17 e+ Na Kern, 11 e+ Elektronen-hülle , 10 e- Elektronen-hülle , 18 e- Ladung 1e+ Ladung 1e-
Anziehung bei r > rNa++ rCl- Abstoßung bei r < rNa++ rCl- Kräftefrei bei r = rNa++ rCl-
Resultat bei Anordnung in drei Dimensionen: NaCl-Kristall 0,18 nm 0,2 nm 0,18 nm 0,56 nm
Zum Aufbau der Materie: Die Materie besteht aus Massen und Ladungen, die im dreidimensionalen Raum auf vielfältige Weise kombiniert werden können Coulomb- und Trägheitskräfte steuern die Struktur auf atomarer Skala (z. B. Struktur der Moleküle), Gravitations- und Trägheitskräfte wirken in großen Dimensionen (z.B. Satellitenbahnen, Planetenbewegung) Kräfte werden durch Felder übermittelt Die Energie bleibt bei allen Vorgängen erhalten ISS
Finis