Quanten

Question 1

Welche Aussage trifft nach Planck auf jede Strahlung zu?

Answer 1

Jede Strahlung (auch die Lichtstrahlung) ist aus Energiequanten zusammengesetzt. 
Die Strahlungsenergie ist immer ein ganzzahliges Vielfaches der Energie eins Strahlungsquants (diese ist jedoch frequenzabhängig!)
-> E=h*f [mit h => Planck-Konstante/Planck'sches Wirkungsquantum=6,626*10^-34 J*s]

Question 2

Was besagt die Einstein’sche Gleichung?

Answer 2

Energie und Masse jeder Materie sind durch die Gleichung E=m*c[0]² verknüpft.

• > jeder Masse entspricht eine Energie und umgekehrt
• > jeder Massenänderung entspricht eine Energieänderung und umgekehrt

Question 3

Wie kann man Quantenphysikalisch jede Strahlung beschreiben?

Answer 3

Als einen Teilchenstrom aus Photonen.

-> Photonen sind keine Teilchen im klassischen Sinne, denn sie bestizen keine Ruhemasse.

Question 4

Wie erhält man die Masse eines Photons?

Answer 4

Über die Gleichung m[ph]=hf/c[0]²
-> mit c=lambdaf
=> ergibt sich m[ph]=h/c[0]*lambda [lambda=Wellenlänge der Strahlung]
Photonen bewegen sich immer mit Lichtgeschwindigkeit, in Ruhe existieren sie nicht, ihre Ruhemasse ist null.

Question 5

Wie erhält man den Impuls des Photons?

Answer 5

Über p=mv mit v=c[0] [Geschwindigkeit des Photons ist immer c] und m=m[ph] [m[ph]=hf/c[0]²=h/c[0]*lambda]
-> Bei einer Absorption oder Reflexion erzeugen Photonen wegen ihres Impulses einen Druck, den Strahlungsdruck

Question 6

Wie kann man die Quantelung der Strahlung experimentell Beweisen?

Answer 6

1. Über den lichtelektrischen Effekt => Die Geschwindigkeit emittierter Elektronen hängt nicht von der Intensität der Lichtstrahlung, sondern von der Frequenz ab. Unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz gibt es keine Elektronenemission.
2. Compton-Effekt => Photon stößt mit einem Elektron zusammen und überträgt so einen Teil seiner Energie und seines Impulses auf das Elektron. Der Energieverlust wirkt sich als Frequenzverkleinerung aus, während die Geschwindigkeit dem Betrag nach gleich bleibt.

Question 7

Was versteht man unter dem Compton-Effekt?

Answer 7

Die Energieübertragung eines Photons auf ein als ruhend betrachtetes Elektron bei einem Stoß.
-> Der Energieverlust entspricht einer Abnahme der Frequenz bzw. einer Zunahme der Wellenlänge.
-> Es gelten Energie- und Impulserhaltung
=> für die Zunahme der Wellenlänge gilt: delta.lambda=lambda[C](1-cos(phi)) [lambda[C]=Compton-Wellenlänge=2,42610^-12 m)
[- Die Wellenlängenänderung delta.lambda ist unabhängig von der Frequenz des auftreffenden Photons, deshalb macht sie sich bei kleinen Wellenlängen (hohen Frequenzen) prozentual am stärksten bemerkbar (zB. bei Röntgenstrahlen).
- Die Wellenlängenänderung delta.lambda hängt in starken Maße vom Streuwinkel phi ab. Am größten ist sie bei entgegengesetzt zur Einfallsrichtung gestreuten Photoen (phi=180°).]