alpha Lernen - Physik

Elektrisch geladene Körper Die starke Kraft

Von: Matthias Rex, Peter Mayer

Stand: 22.12.2016

Schau dir zunächst das Video auf die folgenden Punkte hin an:

  • Nenne die beiden Bestandteile, aus denen ein Atom besteht.
  • Gib die Größe der einzelnen Bestandteile eines Atoms an.
  • Gib an, aus welchen Bestandteilen der Atomkern und die Atomhülle bestehen.
  • Beschreibe, wie der Atomkern zusammenhält.

Der Öltröpfchenversuch

Mithilfe zweier Experimente berechnen wir im folgenden den Durchmesser von Kügelchen bzw. von Ölmolekülen:

Analogieexperiment zum Selbermachen: Beschreibung

In einen Messbecher geben wir kleine Kunststoffkügelchen (Kirschkerne, Getreidekörner, oder ähnlich). Dann lesen wir die Füllhöhe h ab und berechnen mit dem Radius des Messbechers das von den Kugeln eingenommene Volumen.

Danach geben wir die Kugeln auf einen Teller und messen den Durchmesser der mit Kugeln bedeckten Fläche, wenn die Kügelchen gleichmäßig und einlagig verteilt sind. Da sich das Volumen nicht verändert hat, lässt sich daraus die neue Höhe d des Volumens (Zylinder) berechnen. Diese Höhe d ist dann der Durchmesser der Kügelchen.

Messungen

  • V der Kugeln im Becher: 14,95 cm3
  • Radius r Teller: 4,45 cm

Berechnung des Durchmessers der Kügelchen

Kontrollmessung des Durchmessers

d ≈ 2,4 mm
→ sehr gute Übereinstimmung

Experiment zur Abschätzung des Durchmessers von Ölmolekülen

Hier gehen wir analog zum Versuch 1 vor.

Wir haben ein mit Wasser gefülltes Gefäß. Auf der Wasseroberfläche befinden sich Bärlappsporen (= ein besonders feinkörniges Pulver). Dann bestimmen wir das Volumen eines Oltröpfchens und geben diesen Tropfen ins Gefäß. Das Öl verdrängt die Bärlappsporen und wir können den Durchmesser des Ölflecks messen (einmolekulare Schicht).

Messungen

  • V des Öltröpfchens: 0,002 m3
  • Durchmesser des Ölflecks in cm: 9,5 cm

Berechnung des Durchmessers eines Ölmoleküls

Das Öl verdrängt die Bärlappsporen und man kann ganz einfach den Durchmesser des Ölfilms messen und dessen Dicke d berechnen.

Wir setzen wie zuvor VTropfen = VZylinder, Fleck und somit gilt:










Lösen wir diese Gleichung nach d auf erhalten wir:











d entspricht dem Moleküldurchmesser.

Setzen wir jetzt noch unsere Messwerte ein, sehen wir - die Ölmoleküle haben etwa einen Durchmesser von:

Lerncheck: Die starke Kraft

1

Nenne die beiden Bestandteile, aus denen ein Atom besteht.

Antwort

Ein Atom besteht aus einem Atomkern und einer Atomhülle.

2

Gib die Größe der einzelnen Bestandteile eines Atoms an.

Antwort

Der Atomkerndurchmesser liegt im Bereich Fempto-Meter (fm = 10-15m), die Atomhülle im Bereich von 10 Nano Meter (10nm = 10-10m). Zum Vergleich: Vergrößern wir den Atomkern auf die Größe einer Erbse, dann ist die Atomhülle etwa so groß wie die Allianz-Arena in München.

3

Gib an, aus welchen Bestandteilen der Atomkern und die Atomhülle bestehen.

Antwort

Der Atomkern besteht aus positiv geladenen Protonen und elektrischen neutralen Neutronen. Die Hülle besteht aus negativ geladenen Elektronen.

4

Beschreibe, wie der Atomkern zusammenhält.

Antwort

Trotz der gegenseitigen Abstoßung der Protonen im Kern bleiben die Protonen offensichtlich nahe zusammen, ansonsten würde es das Universum so wie wir es kennen nicht geben. Es muss also eine weitere zusätzliche Kraft geben, die der gegenseitigen Abstoßung entgegenwirkt. Diese Kraft heißt starke Kraft oder Kernkraft.