Atomkern 07:45 min

Textversion des Videos

Transkript Atomkern

Hallo und herzlich willkommen zu "Physik mit Kalle". Wir machen weiter mit der Atomphysik und wollen uns heute nach dem Bohrschen Atommodell den Atomkern mal genauer ansehen. Wir brauchen zu diesem Thema zwar nicht viel Vorwissen, falls ihr Probleme habt könnte es aber hilfreich sein, euch die Videos über das Periodensystem mit der Einführung in die Atomphysik anzusehen, sowie das Video über das Bohr'sche Atommodell. Wir wollen uns heute einmal genauer ansehen wie der Atomkern entdeckt wurde, wie ein Atomkern aufgebaut ist und was den Atomkern überhaupt zusammenhält. Wir wollen noch einmal wiederholen, was wir bis jetzt alles über den Atomkern wissen. Der Atomkern wurde im Rutherford´schen Streuversuch entdeckt. Den wollen wir uns noch ein mal genau ansehen. Seine Bestandteile sind die sogenannten Nucleonen, das heißt Kernbauteile. Das sind die Protonen , die positiv geladen sind und die neutralen Neutronen. Wir haben außerdem schon gehört, dass der Atomkern sehr klein und schwer ist. Wie klein und schwer genau wollen wir uns auch gleich noch einmal ansehen. 1909 führte Ernest Rutherford in Manchester seinen berühmten Streuversuch durch. Der Versuchsaufbau ist eigentlich ganz einfach, wie ihr im Bild links seht. Man nimmt einen Bleiblock, bohrt ein Loch hinein und  schiebt in das Loch Radium. Dadurch hat man sich eine Strahlenkanone gebaut, denn Radium ist ein radioaktives Element, ein sogenannter Alphastrahler. Man wusste damals noch nicht, was diese Alphateilchen sind, heute weiß man, dass es Heliumkerne sind. Man wusste nur, dass sie positiv geladen und relativ schwer sind. In der Schusslinie unserer Strahlenkanone spannen wir nun eine relativ dünne Goldfolie auf um zu sehen was passiert, wenn unsere Alphateilchen durch die Folie hindurch rauschen. Rundherum spannte Rutherford zuletzt einen Zinksulfitschirm, der die auftreffenden Teilchen registrieren sollte, sodass man später auswerten konnte wie viele Teilchen wohin abgelenkt worden waren, falls überhaupt. Aus den Ergebnissen dieses Versuchs hoffte Rutherford neue Erkenntnisse über den Atomaufbau zu gewinnen. Und er hatte Recht. Wenn ihr den letzten Film über das Bohr´sche Atommodell gesehen habt, erinnert ihr euch vielleicht, dass zu dieser Zeit das Thompson´sche Atommodell verbreitet war. Das heißt man ging davon aus ,dass das Atom, ähnlich wie ein Wassertropfen, durchgehend positiv geladen ist, in ihm aber kleine Punkte, die Elektronen schwimmen, die die gesamte negative Ladung tragen. Rutherford erwartete von dem Versuch, dass die relativ schweren und positiv geladenen Alphateilchen die Goldfolie einfach durchschlagen würden und das alle Teilchen höchstens ein wenig abgelenkt würden. Als seine Versuchsergebnisse ausgewertet wurden, stellte jedoch fest, dass ein Großteil des Strahls völlig unabgelenkt durch die Folie hindurch geschlagen war, dass jedoch einige, wenige Alphateilchen stark abgelenkt wurden. Ein Bruchteil wurden sogar direkt zurück geworfen. Er soll damals zu diesem überraschenden Versuchsergebnis gesagt haben "Das ist ja ungefähr so wahrscheinlich, wie wenn man mit einer Granate auf ein Stück Papier schießt und das Ding auf einen zurück prallt."  Als er sich von seinem Schock erholt hatte, kam er zu dem Schluss, dass das wohl bedeuten muss, dass die Masse und positive Ladung des Goldatoms auf einem relativ kleinen Fleck zusammen sitzt. Mit dieser Erkenntnis entwickelte er sein Rutherford´sches Atommodell und sagte als Erster richtig die Größenverhältnisse zwischen Atomkern und Atom voraus. Wollen wir uns doch einmal anhand des Bildes und ein paar Beispielen vor Augen führen, was das bedeutet.Links seht ihr ein Bild eines Heliumatoms. In der Mitte ist der Atomkern und die gelbe Wolke außen herum ist der Ort, an dem sich die beiden Elektronen in der Atomhülle herumtreiben. Im Bild seht ihr den Maßstab übrigens in Angstrom angegeben. Ein Angstrom ist eine Einheit, die extra für die Atomphysik eingeführt wurde. Ein Angstrom ist ein Zehntel Nanometer lang und ungefähr der Durchmesser eines kleinen Atoms. Wie ihr vielleicht noch wisst, wiegt ein Proton fast 2000 mal so viel, wie ein Elektron. Das Elektron ist also sehr leicht. Also kann man sagen , das Atom besteht zum größten Teil aus Nichts. Wie groß dieses Nichts der Elektronenhülle ist, hilft euch vielleicht dieses Beispiel zu verstehen :     Stellt euch vor, euer Atom ist ein Fußballstadion, dann ist der Atomkern nur so groß wie eine Erbse am Anstoßpunkt, oder bei wirklich großen Atomen, sogar nur wie ein Reiskorn am Anstoßpunkt. Nur so ließen sich Rutherfords Versuchsergebnisse befriedigend erklären. Der Atomkern musste unglaublich schwer und vielfach positiv geladen sein, damit die schweren Alphateilchen so stark daran abprallen konnten. Wie schwer so ein Atomkern wirklich ist, hilft euch vieleicht folgendes Beispiel zu verstehen : Stellt euch vor ihr könntet diesen normalen Würfel mit Atomkernen füllen und die Atomhülle weglassen. Wenn ihr das schaffen würdet, wäre dieser Würfel schwerer als alle Menschen zusammen. Zuletzt wollen wir uns jetzt noch der Frage widmen, was den Atomkern eigentlich zusammen hält und das ist gar keine dumme Frage, sie hat die Physiker eine Weile lang beschäftigt. Wie wir jetzt schon mehrfach gehört haben sind Protonen positiv geladen. Ihr erinnert euch vielleicht, dass sich gleichnamige Ladungen aber abstoßen. Wenn ich also 2 Protonen nebeneinander setzte, müssten sie doch eigentlich so schnell wie möglich  in entgegengesetzte Richtungen abhauen. Wollen wir  uns das Ganze doch einmal am Beispiel des Heliumkerns ansehen, den ich euch hier mit meinem unglaublichen handwerklichen Geschick aufgemalt habe.  Der Heliumkern besteht aus 2 Protonen und 2 Neutronen. Wie wir bereits wissen, sind die Protonen positiv geladen und die Neutronen sind elektrisch neutral. Warum also hält das ganze Ding zusammen? Eigentlich sollten sich die Protonen doch so schnell wie möglich davon machen. Des Rätsels Lösung ist eine neue, unbekannte Kraft, die man die starke Wechselwirkung, starke Kraft,  oder auch die Kernkraft nennt. Diese Kraft wirkt allerdings nur auf sehr kurze Entfernungen. Auf eine weite Entfernung stoßen sich 2 Protonen also ab, wenn ihr sie aber nahe genug aneinander drückt, springt euch plötzlich eine 2. Kraft zur Seite, die die beiden auch zusammen zieht. Die starke Wechselwirkung wirkt übrigens zwischen allen Kernbauteilen, also zwischen Neutronen und Neutronen,  Neutronen und Protonen und  Protonen und Protonen. Wenn man sich das so überlegt, könnte man meinen, dass ein Atomkern also umso stabiler ist, je mehr Neutronen in ihm sind.  Das ist aber nicht richtig. Zu viele Neutronen führen auch zu einem instabilen Kern. Warum das so ist, lässt sich allerdings ohne die Quantenphysik nicht erklären. Weswegen ihr, wenn es euch interessiert, in den Oberstufenvideos zur Atom- und Kernphysik nachschauen müsst. Merkt euch am Besten einfach Folgendes : Ein gutes Verhältnis von Protonen zu Neutronen, das heißt im Normalfall ungefähr gleich viel, bei schweren Atomen haben die Neutronen eine geringe Überzahl, führt zu einem stabilen Kern. Hat eine der beiden Arten ein deutliches Übergewicht, erhält man einen instabilen Kern, der versucht durch Zerfall zu einem stabileren Kern zu werden. Diesen Vorgang nennt man Radioaktivität Darüber werden wir im nächsten Video noch mehr hören.Fassen wir noch einmal zusammen was wir heute gelernt haben :Der Atomkern wurde 1909 von Ernest Rutherford in seinem Rutherford´schen Streuversuch entdeckt.Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen, den Kernbauteilen, die man auch Nukleonen nennt, und trägt auf winzigem Raum fast die gesamte Masse und die positive Ladung des Atoms.Der Atomkern wird trotz der Coulombschen Abstoßung zwischen den Protonen von der starken Wechselwirkung zusammen gehalten. Außerdem haben wir gelernt, dass bei schlechter Balance zwischen Protonen- und Neutronenzahl, ein instabiler Kern entsteht. Also ein radioaktiver Kern. Mehr dazu aber gibt es im nächsten Video.  So, das war es schon wieder für heute. Vielen Dank fürs Zuhören, ich hoffe ich konnte euch helfen. Vielleicht bis zum nächsten Mal. Euer Kalle     

Informationen zum Video
8 Kommentare
  1. Default

    Vielen Dank!
    Ich konnte dadurch schneller meine Hausaufgaben Lösen

    Von Bianca 2, vor 10 Monaten
  2. Default

    Danke hatte gerade einen Riesen AHA-Effekt!! Super erklärt!

    Von Septembertag, vor mehr als einem Jahr
  3. Default

    Dankeschön :) hoffentlih hilft mir das bei meinem test morgen:)

    Von Adrienne Molnar, vor etwa 2 Jahren
  4. 7 img 1864

    Vielen Dank für das gut erklärte Video ! :) Es war nur etwas schwierig den Erklärungen zu folgen, weil sie ein bisschen zu schnell gesprochen haben, aber an sisch war es hilfsreich.

    Von Li Don De M., vor mehr als 2 Jahren
  5. Default

    Dadurch bessere Vorstellung

    Von Dw 69, vor mehr als 2 Jahren
  1. Default

    Vielen Dank fürs Video. Ist echt gut. Ich würde nur empfehlen langsamer zu sprechen damit man auch mitkommt :)

    Von Shakiba Siddiqui, vor fast 3 Jahren
  2. Default

    ich dachte ich bin hier bei den oberstufen videos? :S ->abitur physik....

    Von Aaronorkan, vor mehr als 3 Jahren
  3. Firefox wallpaper

    dank dieses videos hab ich ne 1- im test geil beschrieben und cool erklärt

    Von X Man, vor fast 5 Jahren
Mehr Kommentare