Modelle und Erfahrungssätze: Kernphysik und Thermodynamik

Hallo hier mal für alle Physikstudenten und Leistungskursler eine kleine Übersicht zu Modellen und Erfahrungssätzen der Kernphysik und der Thermodynamik, mit der ihr so ziemlich die wichtigsten Grundfakten auf einen Haufen habt:

Kernphysik

Isotope:
Isotope Kerne sind Atomkerne ein und desselben Elements, die bei gleicher Kernladungszahl unterschiedliche Neutronen und damit unterschiedliche Massenzahlen besitzen.

Tröpfchenmodell:
- Nukleonen sind dicht gepackt.
- Zusammenhalt der Nukleonen ist eine Wirkung von mehren Kräften, die in Analogie zum Wassertropfen bilanziert werden(Kohäsionskräfte, Kräfte der
Oberflächenspannung)
Leistungen:
- Energetische Verhältnisse in schweren Kernen werden gut beschrieben.
- ausschließlich Kernumwandlung bzw. Kernspaltung schwerer Kerne können dargestellt werden.
Grenzen:
- Nicht anwendbar auf leichte Kerne und deren Kernreaktionen (Kernfusion)


Strahlungsarten und Potentialtopfmodell:

γ - Strahlung
- Emission eines Energiequants, beim Wechsel eines Nukleons vom höheren zum niedrigeren Energieniveau im Potentialtopf ( vgl. Lichtemission in der Atomhülle).
- Eigenschaften mit Materie: Absorption ( Beispiel: COMPTON-Effekt), Streuung, Ionisation

α - Strahlung
- Energie der ist geringer, als die Energie der Potentialtopfhöhe (ca. 25 Mev > ca. 5 MeV)
- Trotzdem kann eine Emission eines α - Teilchen erfolgen. Dies ist mit dem Tunneleffekt zu erklären, welcher auf die Heisenberg’sche Unschärferelation zurückzuführen ist.
- Je höher die Energie, desto geringer die Halbwertszeit des α - Strahlers .
- Je höher die Energie, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass ein α - Teilchen emittiert werden kann.

β - Strahlung
- Das Intensitätsspektrum ist kontinuierlich, da die Verteilung der energetischen Verhältnissen zwischen den β-/β+ - Teilchen und dem Neutrino alle möglichen Wertepaare annehmen kann.
- Eigenschaften mit Materie: Absorption, Ionisation, Streuung, Abbremsen
beim Durchgang durch die Atomhülle, was zur Röntgenstrahlung führt

Neutronenstrahlung:
- Es gibt keine natürlichen Neutronenquellen.
- Die freiwerdenden Elektronen besitzen hohe Energien.
- Sie besitzt ein hohes Ionisationsvermögen und eine große Reichweite.
- Thermische Neutronen sind besonders langsame Neutronen.
- Nur langsame Neutronen, insbesondere thermische, sind für Kernumwandlungen oder Kernspaltung geeignet.
- Zum Abbremsen nutzt man geeignete Moderatoren( z.B. Wasser, Graphit)
- Zum Neutroneneinfang langsamer Neutronen eignet sich besonders Cadmium.
- Eigenschaften mit Materie: Streuung, Absorption, Anregung von Kernen, Kernumwandlung oder Kernspaltung



Thermodynamik

Thermisches Verhalten fester und flüssiger Stoffe:
Die meisten festen und flüssigen Stoffe dehnen sich bei Erwärmung aus und ziehen sich bei Abkühlung zusammen.

Ideales Gas:
Das ideale Gas ist ein Denkmodell zur Vereinfachung des Zustandes eines realen Gases unter folgenden Annahmen:
- sehr hohe Anzahl an Teilchen
- Teilchen bewegen sich ungeordnet, aber geradlinig
- Teilchen werden als Massenpunkt betrachtet
=> Volumen und Teilchenstruktur sind vernachlässigbar
- nur elastische Stöße zwischen den Teichen und zwischen Teilchen und Gefäßwand
- Alle Gase deren Temperatur deutlich unter der Verflüssigungstemperatur liegt, können als ideales Gas betrachtet werden.

1. Hauptsatz der Thermodynamik:
- Ein Perpetuum Mobile 1. Art gibt es nicht.
- Mechanische Arbeit kann in Wärme und Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt werden. Die physikalische Größe mechanische Arbeit und Wärme sind zueinander äquivalent.

2. Hauptsatz der Thermodynamik:
Der 2. Hauptsatz der Thermodynamik ist ein Erfahrungssatz, der die Wirkung des allgemeinen Energieerhaltungssatzes einschränkt.
- Es gibt kein Perpetuum Mobile 2.Art.
- Es gibt keine periodisch arbeitende Maschine, die einen Körper abkühlt und dabei mechanische Arbeit verrichtet.
- Von selbst geht Wärme nur vom wärmeren zum kühleren Körper über.
- Es gibt keine Wärmekraftmaschine, die einen (echt) höheren Wirkungsgrad als die CARNOT- Maschine besitzt.