Zusammenfassung
Zur Beschreibung von Atomen und anderen mikroskopischen Systemen werden in der Physik Atommodelle verwendet. Sie sind je nach Anwendungszweck mehr oder weniger anschaulich oder kompliziert und abstrakt. Sie sollen ein räumliches Bild vom Aufbau der Atome vermitteln. Für die Brauchbarkeit eines bestimmten Modells kommt es nicht auf seine absolute physikalische „Richtigkeit“ an, sondern auf die korrekte Beschreibung des Verhaltens und der Eigenschaften des Atoms in bestimmten Situationen. Für die Atomphysik existieren tatsächlich eine Reihe verschiedener Modelle, die jeweils zwar Teilaspekte richtig beschreiben, zu anderen Eigenschaften des Atoms aber keine oder falsche Aussagen machen.
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Literatur
Sir Joseph John Thomson (18. 12. 1856–30. B. 1940), englischer Physiker, entdeckte 1897 das freie Elektron bei der Untersuchung der sogenannten Kathodenstrahlen. Er erhielt 1906 den Nobelpreis fair Physik “als Anerkennung des großen Verdienstes, das er sich durch seine theoretischen und experimentellen Untersuchungen über den Durchgang der Elektrizität durch Gase erworben hat”.
Antoine Henri Becquerel (15. 12. 1852–25. B. 1908), französischer Physiker, entdeckte 1896 die radioaktive Strahlung des Urans und wies 1899 die magnetische Ablenkbarkeit der Betastrahlung nach. Er erhielt 1903 zusammen mit M. Curie den Nobelpreis für Physik “als Anerkennung des außerordentlichen Verdienstes, das er sich durch die Entdeckung der spontanen Radioaktivität erworben hat”. ’ Ernest Rutherford (30. B. 1871–19. 10. 1937), englischer Physiker und Mathematiker, wurde 1931 zum Lord of Nelson geadelt, Begründer des Rutherfordschen Atommodells, erhielt 1908 den Nobelpreis für Chemie “für seine Untersuchungen über den Zerfall der Elemente und die Chemie der radioaktiven Stoffe”.
Nids Bohr (7. 10. 1885–18. 11. 1962), dänischer Physiker, Begründer des nach ihm benannten Atommodells, das zum Ausgangspunkt der modernen Quantentheorie wurde, grundlegende Arbeiten zur Theorie der Atome und der Atomkerne, erhielt 1922 den Nobelpreis für Physik “fiir seine Verdienste um die Erforschung der Struktur der Atome und der von ihnen ausgehenden Strahlung”.
s Arnold Sommerfeld (5. 12. 1868–26. 4. 1951), deutscher Physiker und Mathematiker, modifizierte das semiklassisehe Bohrsche Atommodell durch Einführung
von elliptischen Bahnen zum Sommerfeldschen Atommodell. Autor einer renommierten Lehrbuchreihe zum Thema Atombau und Spektrallinien.
Erwin Schrödinger (18. 12. 1887–4. 1. 1961), österreichischer Physiker, stellte 1926 die nach ihm benannte berühmte quantentheoretische Wellengleichung auf, er erhielt 1933 zusammen mit Dirac den Nobelpreis für Physik “fir die Entdeckung neuer produktiver Formen der Atomtheorie”.
Werner Karl Heisenberg (5. 12. 1901–1. 2. 1976), deutscher Physiker, einer der Begründer der Quantentheorie, er entwickelte eine von Schrödingers Formulierung mathematisch abweichende aber physikalisch äquivalente Form der Quantentheorie, die allerdings noch nicht die Relativitätstheorie enthielt. Er stellte die berühmte Heisenbergsche Unschärferelation auf, nach der bei atomaren Systemen nicht gleichzeitig exakte Kenntnis sogenannter konjugierter Größen wie Energie und Zeit oder Ort und Impuls bestehen kann. Er erhielt 1933 den Nobelpreis für Physik des Jahres 1932 “fiir die Begründung der Quantenmechanik, deren Anwendung zur Entdeckung der allotropen Formen des Wasserstoffs geführt hat”.
Wolfgang Pauli (24. 4. 1900–15. 12. 1958), österreichischer Physiker, arbeitete auf dem Gebiet der Quantentheorie und der Relativitätstheorie, er stellte 1925 das nach ihm benannte Ausschließlichkeitsprinzip auf, er erhielt 1945 den Nobelpreis fir Physik “für die Entdeckung des als Pauli-Prinzip bezeichneten Ausschlußprinzips”.
Paul Adrien Maurice Dirac (8. B. 1902–20.10. 1984), englischer Physiker, er entwickelte eine sehr abstrakte relativistische Quantenmechanik, die eine Verbindung zu Einsteins Relativitätstheorie herstellte und die die “Eigenrotation der Elektronen”, den sogenannten SPIN, beschreiben konnte. Er erhielt 1933 zusammen mit Schrödinger den Nobelpreis für Physik “fiir die Entdeckung neuer produktiver Formen der Atomtheorie”.
Als Drehimpuls bezeichnet man das Vektorprodukt P = P x p aus Radiusvektor r und Bahnimpuls p eines Teilchens. Der Drehimpulsvektor steht senkrecht auf Bahn- und Radiusvektor.
Enrico Fermi (29. 9. 1901–28. 11. 1958), italienischer Physiker, bedeutender Theoretiker und Experimentalphysiker, dessen grundlegende kernphysikalische Arbeiten die moderne Kerntechnik ermöglichten. Fermi erhielt 1938 den Nobelpreis “fiir die Bestimmung von neuen, durch Neutronenbeschull erzeugten radioaktiven Elementen und die in Verbindung mit diesen Arbeiten durchgeführte Entdeckung der durch langsame Neutronen ausgelösten Kettenreaktionen”. Ihm zu Ehren wird in der Kernphysik das Femtometer (10“15m = 1 fm) Fermi genannt.
Satyendra Nath Bose (I. 1. 1894–4. 2. 1974), indischer Physiker, wichtige Arbeiten zur statistischen Thermodynamik, die eine der Grundlagen der Theorie der Supraleitung und der Suprafluidität wurden, stellte 1925 eine Statistik für Photonen auf, die von Einstein auch auf materielle Teilchen mit ganzzahligem Spin erweitert wurde (die sogenannte Bose-Einstein-Statistik). Teilchen mit ganzzahligem Spin werden zusammen mit den Photonen Bose zu Ehren heute als BOSONEN bezeichnet.
Charles Augustin de Coulomb (14. 6. 1736–23. B. 1806), französischer Physiker, berühmt für seine quantitativen Arbeiten zur Elektrizitätslehre, ihm zu Ehren wurde die Einheit der elektrischen Ladung Coulomb genannt.
Die Größe s° heißt elektrische Feldkonstante. Sie hat den Wert e° =8.85418782.10–12 (C2N-1m’2).
Janne Robert Rydberg (8. 11. 1854–28. 12. 1920), schwedischer Physiker, Arbeiten zum Periodensystem und den Serienspektren. Die von ihm experimentell gefundene und nach ihm benannte Rydbergkonstante R wurde 1913 von N. Bohr theoretisch abgeleitet. Sie wurde ursprünglich in Einheiten der Wellenlänge angegeben. Aus praktischen Gründen bevorzugt man heute die Darstellung in der Energieeinheit eV. Zur Unterscheidung von der historischen Konstanten erhält sie als Index einen Stern (R*).
Die Bezeichnung Proton für den Atomkern des einfachsten Wasserstoffatoms geht auf Lord Rutherford zurück, der diesen Namen (er kommt aus dem Griechischen und bedeutet: das Erste) 1919 einführte.
Das Neutron wurde 1920/21 von Lord Rutherford aus theoretischen Gründen vorhergesagt. Experimentell entdeckt wurde es 1932 durch James Chadwick (1891–1974), der dafür 1935 den Physiknobelpreis erhielt.
Die Bezeichnung Ordnungszahl für die Zahl der Protonen in einem Atomkern geht auf den Physiker Henri Gwyn-Jeffries Moseley zurück, der die englische Bezeichnung Atomic Number für die Kernladungszahl einführte. Moseley wurde durch seine Arbeiten zur Atomspektroskopie und das nach ihm benannte Moseleysche Gesetz bekannt, das die Proportionalität der Energie der charakteristischen Röntgenstrahlung mit dem Quadrat der Ordnungszahl feststellte (vgl. Gl. 2.8, 2.10).
Die Elementarladung ist die kleinste elektrische Ladungsmenge. Freie Ladungen kommen in der Natur nur als ganzzahlige positive oder negative Vielfache der Elementarladung vor. Positive Elementarladungen befinden sich z. B. auf dem Proton, dem Pion und dem Positron, eine negative auf dem Elektron. Ladungen verschiedenen Vorzeichens neutralisieren sich. Der Zahlenwert der Elementarladung beträgt eo = 1.6021892.1049 C.
Quarks wurden 1964 von Murray Gell-Mann und George Zweig theoretisch postuliert, um die Vielfalt der bis dahin bekannten Elementarteilchen zu ordnen und eine geschlossene Theorie der Teilchen aufzustellen. Gell-Mann erhielt für diese Arbeiten 1969 den Nobelpreis für Physik “fir seine Beiträge und Entdeckungen betreffend die Klassifizierung der Elementarteilchen und deren Wechselwirkungen”. Die Bezeichnung Quark stammt von Gell-Mann und geht auf einen Phantasienamen aus einem Roman von J. Joyce (Finnegans Wake) zurück.
Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro (9. B. 1776–9. 7. 1858), italienischer Adliger aus Turin, Physiker, Mathematiker und Jurist, grundlegende Arbeiten zur mathematischen Physik. Die nach ihm benannte Avogadro-Konstante A ist der Quotient der Teilchenzahl in einer Stoffmenge und dieser Stoffmenge (TeilchenfMol). Ihr Zahlenwert ist A = 6.022137•1023mol-1.
Maria Goeppert-Mayer (28. 06. 1906–1972), amerikanische Physikerin, arbeitete an Theorien zur Struktur des Atomkernes, erhielt 1963 zusammen mit J. Jensen den Physiknobelpreis “für ihre Entdeckung der nuklearen Schalenstruktur”.
J. Hans Daniel Jensen (25. 06. 1907–1973), deutscher Physiker, erhielt 1963 zusammen mit Goeppert-Mayer und zeitgleich mit E. P. Wigener den Nobelpreis für Physik “für ihre Entdeckung der nuklearen Schalenstruktur”.
Bei einem Kerndurchmesser d von etwa 10.14 m und einer Teilchengeschwindigkeit v knapp unterhalb der Lichtgeschwindigkeit (3.10$ m/s) erhält man als Abschätzung für die Aufenthaltszeit des Beschußteilchens im Kernvolumen t7.d/v = 1 04 4m/3.1 08(m/s) = 0.3.102s. Die Zeit, die zur Passage eines Protons mit Lichtgeschwindigkeit benötigt wird, ergibt sich aus der gleichen Rechnung zu tr0.9.10.23s. Sie wird als Elementarzeit bezeichnet und hat eine große Bedeutung in der Astro-und Elementarteilchenphysik
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Krieger, H. (1998). Atombau. In: Strahlenphysik, Dosimetrie und Strahlenschutz. Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-663-11534-2_2
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Publisher Name: Vieweg+Teubner Verlag, Wiesbaden
Print ISBN: 978-3-519-33052-3
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