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Einfach erklärt: Bohrsches Atommodell & Franck-Hertz-Versuch

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Larissa Garulli

11.2.2021

Physik

Atomhülle & Fluoreszenz

Einfach erklärt: Bohrsches Atommodell & Franck-Hertz-Versuch

Das Bohrsche Atommodell und verwandte Phänomene einfach erklärt: Grundlagen der Quantenphysik für Schüler

Das Bohrsche Atommodell beschreibt den Aufbau von Atomen mit Elektronen, die sich auf bestimmten Energieniveaus um den Atomkern bewegen. Wichtige Konzepte sind:

  • Bohrsches Atommodell Schalen: Elektronen bewegen sich auf festen Energiebahnen
  • Energieaufnahme und -abgabe durch Quantensprünge zwischen den Niveaus
  • Charakteristische Spektrallinien bei Anregung und Abregung der Atome
  • Resonanzfluoreszenz als spezielle Form der Lichtabsorption und -emission
  • Der Franck-Hertz-Versuch als experimenteller Nachweis der Quantennatur der Atome
...

11.2.2021

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Bohrsches Atommodell
Wichtige Erkenntnisse
• Elektronen in der Hülle eines Atoms sind ständig in Bewegung, sie bewegen sich
auf energetisch

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Der Franck-Hertz-Versuch: Experimenteller Nachweis der Quantennatur

Der Franck-Hertz-Versuch ist ein fundamentales Experiment zum Nachweis der Quantennatur von Atomen und bestätigt das Bohrsche Atommodell.

Aufbau und Durchführung:

  • Elektronen werden nach Glühemission in einem verdünnten Gas beschleunigt.
  • Eine Gegenspannung zwischen Auffängerplatte und Netzanode verhindert, dass Elektronen mit sehr kleiner Energie die Platte erreichen.
  • Der Auffängerstrom wird gemessen und in ein Spannungssignal umgewandelt.

Beobachtungen:

  • Das Spannungssignal UA wechselt periodisch zwischen Maxima und Minima.
  • In der Röhre entstehen leuchtende Schichten, die von der Netzanode ausgehend nach unten wandern orangebeiNeonorange bei Neon.
  • Eine neue Schicht entsteht, wenn die Auffängerspannung minimal wird.

Highlight: Bei Quecksilber beträgt der Abstand zwischen den Maxima etwa 4,9 V, was der ersten Anregungsenergie von Hg-Atomen entspricht.

Erklärung:

  • Elektronen des Füllgases werden durch Elektronenstoß angeregt.
  • Bei genau der zur Anregung erforderlichen Energie ca.18eVbeiNe,ca.4,9eVbeiHgca. 18 eV bei Ne, ca. 4,9 eV bei Hg findet ein unelastischer Stoß statt.
  • Mehrere unelastische Stöße sind bei ausreichend starkem elektrischen Feld möglich.

Vocabulary: Unelastischer Stoß: Energieabsorption durch die Gasatome. Elastischer Stoß: Nur Richtungswechsel, keine Energieabgabe.

Der Franck-Hertz-Versuch liefert einen direkten experimentellen Beweis für die diskrete Natur der Energieniveaus in Atomen, wie sie im Bohrschen Atommodell postuliert werden.

Bohrsches Atommodell
Wichtige Erkenntnisse
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Fluoreszenz, Resonanzfluoreszenz und Phosphoreszenz

Diese Phänomene sind Leuchterscheinungen, die durch Quantensprünge in Atomen oder Molekülen hervorgerufen werden.

Anregungsmechanismen:

  • Elektronenstoß z.B.beiderNatriumFlammeoderimFranckHertzVersuchz.B. bei der Natrium-Flamme oder im Franck-Hertz-Versuch
  • Absorption von Photonen geeigneter Wellenlänge

Grundprinzip:

  • Energieübertragung bringt das Atom in einen angeregten Zustand.
  • Ein Elektron in der Atomhülle gelangt auf ein höheres Energieniveau.
  • Bei Anregung durch Photonen gilt das Alles-oder-Nichts-Prinzip.

Definition: Fluoreszenz ist die Emission von Licht durch ein Material, das zuvor Licht absorbiert hat.

Besonderheiten der Fluoreszenz:

  • Moleküle werden durch Photonen geeigneter Wellenlänge angeregt.
  • Nur Photonen, deren Energie einem möglichen Quantensprung entspricht, können absorbiert werden.
  • Der Rücksprung erfolgt stufenweise, daher werden Photonen mit größerer Wellenlänge emittiert.

Example: Beim Fluoreszenzversuch mit Fluorescein-Lösung wird blaues Licht absorbiert und grünes sowierotessowie rotes Licht emittiert.

Energieerhaltung: Die Gesamtenergie des emittierten Lichts entspricht der Energie des absorbierten Lichts.

Diese Phänomene demonstrieren eindrucksvoll die Quantennatur der Atome und Moleküle und bestätigen die Grundlagen des Bohrschen Atommodells.

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Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

 

Physik

2.350

11. Feb. 2021

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Larissa Garulli

@larissa.ga

Das Bohrsche Atommodell und verwandte Phänomene einfach erklärt: Grundlagen der Quantenphysik für Schüler

Das Bohrsche Atommodell beschreibt den Aufbau von Atomen mit Elektronen, die sich auf bestimmten Energieniveaus um den Atomkern bewegen. Wichtige Konzepte sind:

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Der Franck-Hertz-Versuch: Experimenteller Nachweis der Quantennatur

Der Franck-Hertz-Versuch ist ein fundamentales Experiment zum Nachweis der Quantennatur von Atomen und bestätigt das Bohrsche Atommodell.

Aufbau und Durchführung:

  • Elektronen werden nach Glühemission in einem verdünnten Gas beschleunigt.
  • Eine Gegenspannung zwischen Auffängerplatte und Netzanode verhindert, dass Elektronen mit sehr kleiner Energie die Platte erreichen.
  • Der Auffängerstrom wird gemessen und in ein Spannungssignal umgewandelt.

Beobachtungen:

  • Das Spannungssignal UA wechselt periodisch zwischen Maxima und Minima.
  • In der Röhre entstehen leuchtende Schichten, die von der Netzanode ausgehend nach unten wandern orangebeiNeonorange bei Neon.
  • Eine neue Schicht entsteht, wenn die Auffängerspannung minimal wird.

Highlight: Bei Quecksilber beträgt der Abstand zwischen den Maxima etwa 4,9 V, was der ersten Anregungsenergie von Hg-Atomen entspricht.

Erklärung:

  • Elektronen des Füllgases werden durch Elektronenstoß angeregt.
  • Bei genau der zur Anregung erforderlichen Energie ca.18eVbeiNe,ca.4,9eVbeiHgca. 18 eV bei Ne, ca. 4,9 eV bei Hg findet ein unelastischer Stoß statt.
  • Mehrere unelastische Stöße sind bei ausreichend starkem elektrischen Feld möglich.

Vocabulary: Unelastischer Stoß: Energieabsorption durch die Gasatome. Elastischer Stoß: Nur Richtungswechsel, keine Energieabgabe.

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Fluoreszenz, Resonanzfluoreszenz und Phosphoreszenz

Diese Phänomene sind Leuchterscheinungen, die durch Quantensprünge in Atomen oder Molekülen hervorgerufen werden.

Anregungsmechanismen:

  • Elektronenstoß z.B.beiderNatriumFlammeoderimFranckHertzVersuchz.B. bei der Natrium-Flamme oder im Franck-Hertz-Versuch
  • Absorption von Photonen geeigneter Wellenlänge

Grundprinzip:

  • Energieübertragung bringt das Atom in einen angeregten Zustand.
  • Ein Elektron in der Atomhülle gelangt auf ein höheres Energieniveau.
  • Bei Anregung durch Photonen gilt das Alles-oder-Nichts-Prinzip.

Definition: Fluoreszenz ist die Emission von Licht durch ein Material, das zuvor Licht absorbiert hat.

Besonderheiten der Fluoreszenz:

  • Moleküle werden durch Photonen geeigneter Wellenlänge angeregt.
  • Nur Photonen, deren Energie einem möglichen Quantensprung entspricht, können absorbiert werden.
  • Der Rücksprung erfolgt stufenweise, daher werden Photonen mit größerer Wellenlänge emittiert.

Example: Beim Fluoreszenzversuch mit Fluorescein-Lösung wird blaues Licht absorbiert und grünes sowierotessowie rotes Licht emittiert.

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Das Bohrsche Atommodell und seine Grundlagen

Der Aufbau des Bohrschen Atommodells basiert auf der Vorstellung von Elektronen, die sich auf bestimmten Energiebahnen um den Atomkern bewegen. Diese Bahnen entsprechen diskreten Energieniveaus.

Wichtige Erkenntnisse:

  • Elektronen in der Atomhülle sind ständig in Bewegung auf energetisch unterschiedlichen Bahnen.
  • Um ein Elektron auf eine höhere Bahn zu bringen, muss Energie zugeführt werden. Beim Rücksprung wird diese Energie wieder frei.
  • Die Energiedifferenz zwischen zwei Bahnen EnergieniveausEnergieniveaus n₁ und n₂ kann für ein Wasserstoffatom berechnet werden.

Highlight: Die Energiedifferenz zwischen zwei Bahnen wird durch die Formel ΔW = 13,6eV13,6 eV * 1/n121/n221/n₁² - 1/n₂² beschrieben, wobei n₁ und n₂ die Hauptquantenzahlen der beteiligten Energieniveaus sind.

Resonanzfluoreszenz bei Natrium

Ein wichtiges Experiment zur Demonstration des Bohrschen Atommodells ist die Resonanzfluoreszenz bei Natrium.

Aufbau:

  • Natriumdampflampe als Lichtquelle
  • Magnesiastäbchen mit Natriumchlorid in einer Gasbrenner-Flamme
  • Schirm zur Beobachtung

Beobachtungen:

  1. Die Natriumdampflampe emittiert orangegelbes Licht.
  2. Kochsalz NaClNaCl in der Flamme färbt diese gelb-orange.
  3. Auf dem Schirm erscheint ein Schatten der Natriumdampfwolke.

Example: Bei Betrachtung durch ein Spektroskop zeigt sich die charakteristische gelbe "Natrium-D-Linie".

Deutung:

  • Elektronen können durch Elektronenstöße oder Photonen angeregt werden.
  • Photonen müssen genau die Energiedifferenz zwischen nicht angeregtem und angeregtem Zustand besitzen.
  • Jede Atomsorte erzeugt ein charakteristisches Linienspektrum aufgrund der spezifischen Lage der Energieniveaus.

Definition: Resonanzfluoreszenz tritt auf, wenn Natriumatome durch Natriumlicht angeregt werden und anschließend Licht derselben Wellenlänge emittieren.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

iOS user

Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

iOS user

Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

Android user

Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

Android user

Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

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Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

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Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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