Größe und Einheiten / Atomphysik

- zwei Systeme stehen im thermischen Gleichgewicht (System A und B)
- zwischen ihnen kann sich Wärme frei bewegen
- fügt man nun ein drittes Sytesten (C) hinzu, welches sich mit System B in thermischem Gleichgewicht befindet, so besagt der nullte Hauptsatz, dass auch System A und C miteinander im Gelichgewicht stehen
- wird quasi festgelegt, dass Temperatur eine Eigenschaft ist, die nicht an Stoff direkt gebunden ist und sich frei bewegen kann

- mechanische Arbiet und Wärme sind ineinander überführbar
- innere Energie in einem geshclossenen System ist konstant und kann weder erzeugt noch vernichtet werden
- System gewinnt oder verliert nur dann an Energie, wenn es selbst Arbeit verrichtet oder andere Dinge erwärmt oder am System Arbeit verrichtet wird bzw. das System erwärmt wird

- es gibt kein System wo sich ein System A weiter abkühlt und ein System B dabei aufheizt
- die Gesamtentropie kann nie kleiner werden, si ebleibt entweder gleich oder steigt

- thermodynamsiche Zustandsgröße die ein Maß dafür angibt, wie sehr ein physikalischer Prozess unumkehrbar ist
- Maß für die Unordnung in einem System und die damit verbundene Anordnunsgmöglichkeit der Teilchen

→ z.B. beim Schmelzen von Eis wird die geordnete Eiskristallstruktur in eine ungeordnete Bewegung einzelner Wassermoleküle überführt

Die in einem System vorhandene Entropie ändert sich bei Aufnahme oder Abgabe von Wärme. In einem abgeschlossenen System, bei dem es keinen Wärme- oder Materieaustausch mit der Umgebung gibt, kann die Entropie nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik nicht abnehmen. Mit anderen Worten: Entropie kann nicht vernichtet werden. Es kann im System jedoch Entropie entstehen. Prozesse, bei denen dies geschieht, werden als irreversibel bezeichnet, d. h. sie sind – ohne äußeres Zutun – unumkehrbar. Entropie entsteht z. B. dadurch, dass mechanische Energie durch Reibung in thermische Energie umgewandelt wird. Da die Umkehrung dieses Prozesses nicht möglich ist, spricht man auch von einer „Energieentwertung“.

der absolute Nullpunkt kann nicht erreicht werden

Weg, der in einer gewissen zeit zurückgelegt wird

\(Geschwindigkeit [m/s] = {Weg [m]\over Zeit [s]}\)

wenn sich Geschwindigkeit in einem gewissen Zeitraum erhöht spricht man von Beschleunigung

\(Beschleunigung [m/s^2] = {Geschwindigkeit [m/s]\over Zeit [s]}\)

\(Kraft [kg*{m\over s^2}]= Masse [kg] * Beschleunigung [m/s^2]\)

\(Arbeit [kg* {m^2\over s^2}]= Kraft [kg* {m\over s^2}]* Weg [m]\)

Einheiten: Arbeit...Joule
                    Kraft...Newton
                    Weg...Meter

\(Arbeit [kg* {m^2\over s^2}] = Druck [ {kg*s^2\over m}] *Volumen [m^3]\),

an einem geschlossenen System zu leistende Arbeit um das Volumen zu verändern; Kompression, Expansion

\(Leistung [kg *{ m^2 \over m^3}] = {Arbeit [kg * {m^2\over s^2}]\over Zeit [s]} ={ Energie \over Zeit} \)

Maschine, die Wärme in mechanische Arbeit umwandelt

Wirkungsgrad besagt, welche Menge an zugeführter Wärme tatsächlich in Arbeit umgewandelt wird

\(Wirkungsgrad (\eta) = E_{ab}/E_{zu} = Nutzenergie / zugeführte Energie\)

- Wasser hat Dichetmaximum bei 4°C
- Eis hat niedrigere Dichte als das umliegende Wasser, schwimmt daher

Im Allgemeinen dehnen sich Stoffe mit steigender Temperatur aus, wodurch ihre Dichte sinkt. Eine Ausnahme bilden Stoffe mit einer Dichteanomalie wie z. B. Wasser → Dichteanomalie = wenn Stoffe sich bei Abkühlung ausdehnen

s= a/2 * t²

zusätzlich zu Zahlenwert und Maßeinheit benötigen diese Größen einen Vektor zur Richtungsangabe

z.B. Kraft, Geschwindigkeit, Beschleunigung

Einehitssystem für physikalische Größen

Beschreibung einer Größe

- Kern: enthält Protonen und Neutronen
- Schale: enthält Elektronen

Atomkern: Protonen + Neutronen, haben ungefähr dieselbe Masse welche ca 2000mal größer ist als Masse der Elektronen, Atomkern ist allerdings etwa 23 000 mal kleiner als die Hülle

Nukeleonen = Protonen und Neutronen

Protonenzahl im Kern = Kernladungs- oder Ordnungszahl

Ordnungszahl = Protonen (bei ungeladenem Atom auch Elektronen)

Massenzahl = Protonen + Neutronen (Nukleonenzahl)

neutrales Atom: Protonenzahl bestimmt Elektronenzahl da Elektronen negativ und Protonen positiv geladen sind

Neutronen sind wesentlich für Zusammenhalt des Atomkerns

Gravitation, Elektromagnetismus, starke Wechselwirkungen, schwache Wechselwirkungen

- positiv geladene Protonen stoßen sich im Atomkern voneinander ab
- starke Wechselwirkung wirkt dieser Abstoßung entgegen
- sorgt dafür, dass Nukleonen sich gegenseitig anziehen und so der Atomkern zusammengehalten wird
- hat die Eigenschaft, mit größerem Abstand immer stärker zu werden
- Basis liefern Gluonen die zwischen Nukleonen hin und her springen und sie dadurch anziehen

- Prozess der im Atomkern Teilchen ineinander umbauen kann
- dadurch wird radioaktive Zerfall möglich
- schwache Wechselwirkung wird durch Austauschteilchen übertragen
- hat extrem geringe Reichweite

- es gibt bestimmte Bahnen auf denen Elektronen ohne Energieverlust um den Kern kreisen können, haben unterschiedliche Energieniveaus
- bei Sprung von einer höheren Bahn auf eine niedrigere wird Energiedifferenz in Form von elektromagnetsicher Welle abgegeben
- zwischen Frequenz und Energie der elektromagnetischen Welle gibt es direkten Zusammenhang → E = f * h (f=Frequenz, E=Energie, h= Planck Konstante)
- umso höher die Frequenz einer Strahlung umso höher ist die Energie

- Elektronen befinden sich normalerweise in Grundzustand, durch verschiedenen Formen von Energie können sie angeregt werden → Erwärmung (z.B Glühbirne), Zusammenstoß mit anderen Elektronen (z.B. Neon-Röhre), Licht (z.B. Fluoreszenz)
- Anregung selbst ist von außen nicht erkennbar, erst wenn das angeregte Elektron wieder in Ursprungsbahn zurück geht wird die Energiedifferenz in Form von Strahlung abgegeben

- Uran lässt sich beim Beschießen von langsam fliegenden Neutronen in ca zwei gleich große Teile spalten und gibt dabei Energie ab
- Uran kann sich in Barium und Krypton oder Strontium und Xenon spalten
- Energie tritt auf, da die Bruchstücke fester gebunden sind als die Ausgansgsstücke → stabilerer Zustand wurde erreicht
- Energie liegt in Form von kinetischer Energie, Alpha- und Betastrahlung vor
- für die aus der Spaltung entstehenden Neutronen gibt es 3 Möglichkeiten:
   - sie spalten keine weiteren Kerne; wenn nicht genug Uran vorhanden ist und die Neutronen nicht gebremst werden bewegen sie sich einfach weiter im Raum; Uran unterliegt alpha-Zerfall
   - sie spalten 1:1 weitere Urankerne, Zahl der Spaltunegn und Energieabgabe bleibt konstant → Soll-Zustand eines Kernkraftwerkes
   - alle Neutronen spalten weitere Kerne, Spaltungsrate steigt exponentiell an und es wird in kurzer Zeit ungeheure Menge an Energie frei → Funktionsprinzip einer Atombombe

- Verschmelzung von leichten Atomkernen = Kernfusion
- aus diesem Prozess gewinnt Sonne ihre Energie
- Bindungsenergie in Atomen mit höherer Massenzahl ist weit höher als bei niedrigeren Atomen → sie werden durch Fusionen stabiler, somit wird Energie freigesetzt
- Kernspaltung stellt umgekehrten Prozess dar

spontaner Zerfall instabiler Atomkerne

3 Strahlungsarten → Alpha-Strahlung, Beta-Strahlung, Gamma-Strahlung

- ionisierende Strahlung
- Atom sendet radioaktives Nukleotid aus, ein Alpha-Teilchen (Helium 4-Teilchen ohne Elektronen)
- Massenzahl des Atoms nimmt um 4 Einheiten ab, Kernladungzahl um 2 Einheiten
- Atom wandelt sich dabei in ein anderes Element um