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Aufgabe 1:

Elektronen - Teilchen oder Welle?

Versuch: In einem evakuierten Glaskolben befindet sich zwischen zwei Elektroden ein Metallkreuz. Es wird eine Hochspannung angelegt.

Beobachtung: Nach Anlegen der Spannung ist auf der der Kathode gegenĂŒberliegenden Seite ein fluoreszierendes Leuchten zu beobachten. Das Metallkreuz erzeugt einen Schatten

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Elektronen als Teilchen


Aufgabe 2:

Versuch: Auf einer WasseroberflĂ€che wird eine Wellenfront erzeugt, die sich gleichmĂ€ĂŸig ausbreitet und auf ein Hindernis trifft, das mehrere Öffnungen (Spalte) besitzt. Die Spalte sind kleiner als die WellenlĂ€nge der Wasserwellen.

Beobachtung: Hinter den Öffnungen des Hindernisses breiten sich die Wellen nicht geradlinig aus, sondern es entstehen sich ĂŒberlagernde kreisförmige Wellen. Durch die Überlagerung kommt es teilweise zu einer AbschwĂ€chung, teilweise zu einer VerstĂ€rkung der Wellen.

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Beugung und Interferenz als Welleneigenschaften


Aufgabe 3:

Versuch: In einem Kathodenstrahlrohr wird ein Elektronenstrahl durch mehrere Anoden und Kathoden gebĂŒndelt und trifft schließlich senkrecht auf ein dĂŒnnes Graphit-PlĂ€ttchen. Dahinter befindet sich eine Fluoreszenzschicht.

Beobachtung: Auf dem Leuchtschirm ist kein punktförmiges Aufleuchten zu beobachten, sondern man erkennt konzentrische Ringe.

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Welleneigenschaften von Elektronen

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Elektronen - Teilchen oder Welle?

Die Natur der Elektronen und allgemein subatomarer Teilchen kann durch verschiedene Experimente illustriert werden, wobei jedes dieser Experimente verschiedene Aspekte des Teilchen- oder Wellencharakters dieser EntitÀten hervorhebt.

Aufgabe 1: Elektronen als Teilchen

Der beschriebene Versuch mit einem evakuierten Glaskolben, in dem sich zwischen zwei Elektroden ein Metallkreuz befindet, illustriert den Teilchencharakter von Elektronen. Nach Anlegen einer Hochspannung fließt ein Strom von Elektronen von der Kathode zur Anode. Das fluoreszierende Leuchten, das beobachtet wird, entsteht, wenn Elektronen auf die Fluoreszenzschicht auf der gegenĂŒberliegenden Seite des Kolbens aufprallen und Energie in Form von Licht abgeben. Der Schatten des Metallkreuzes auf der Fluoreszenzschicht zeigt, dass die Elektronen sich auf direkten Bahnen bewegen, wie es fĂŒr Teilchen charakteristisch ist, da sie vom Metallkreuz blockiert werden und so hinter diesem keine Elektronen treffen und kein Licht erzeugen.

Aufgabe 2: Beugung und Interferenz als Welleneigenschaften

Die zweite Aufgabe zeigt anhand der Beobachtungen der Wellenfronten auf einer WasseroberflĂ€che, die sich gleichmĂ€ĂŸig ausbreiten und auf ein Hindernis mit Öffnungen treffen, charakteristische WellenphĂ€nomene, nĂ€mlich Beugung und Interferenz. Wellen breiten sich hinter den Öffnungen kreisförmig aus, da sie gebeugt werden. Wenn sich diese gebeugten Wellen ĂŒberlagern, fĂŒhrt dies zu Interferenzmustern – zu Bereichen der VerstĂ€rkung und AbschwĂ€chung. Solche PhĂ€nomene sind charakteristisch fĂŒr Wellen und zeigen deren FĂ€higkeit, um Ecken zu "biegen" und mit sich selbst oder anderen Wellen zu interferieren.

Aufgabe 3: Welleneigenschaften von Elektronen

Der Versuch mit dem Kathodenstrahlrohr und dem dĂŒnnen Graphit-PlĂ€ttchen demonstriert beeindruckend, dass Elektronen auch Welleneigenschaften besitzen. Die Beobachtung konzentrischer Ringe auf dem Leuchtschirm anstelle eines einzelnen Punktes, den man bei reinen Teilchen erwarten wĂŒrde, ist ein direkter Hinweis auf Beugungs- und InterferenzphĂ€nomene, die typisch fĂŒr Wellen sind. Dieser Effekt, bekannt als Elektronenbeugung, ist analog zu den Mustern, die man mit Lichtwellen bei der Interaktion mit einem Doppelspalt oder anderen Beugungsgittern bekommt. Das PhĂ€nomen deutet darauf hin, dass Elektronen sich unter bestimmten Bedingungen wie Wellen verhalten können und sich ihre Bahnen folglich nicht immer direkt vorhersagen lassen.

Zusammenfassend illustrieren diese Experimente die DualitÀt von Elektronen (und anderen subatomaren Teilchen): Sie können je nach der experimentellen Anordnung Eigenschaften von Teilchen oder Wellen zeigen. Dieses als Welle-Teilchen-Dualismus bekannte Konzept ist ein Grundpfeiler der Quantenmechanik und hebt hervor, dass das klassische Bild von Teilchen und Wellen erweitert werden muss, um das Verhalten der Materie und Energie auf atomarer oder subatomarer Ebene vollstÀndig zu verstehen.
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Gefragt 29 Nov 2015 von Plya
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