Physik-Aufgabe zur Teilchen- und Quantenphysik

Palladin007

Palladin007

assimiliert
Abend


Ich habe hier eine Seite mit Aufgaben liegen und mir fehlen noch zwei Stück.

Die letzte dürfte sich recht einfach lösen lassen, da sie Theorie ist, für die andere fällt mir aber leider keine Lösung ein :(


Hier die Aufgabe:
Bei einem Experiment passieren Elektronen einen Doppelspalt mit einem Spaltabstand von 1,45 nm. Der Schirm hat einen Abstand von 3,00 m zum Doppelspalt.

Zeiegn sie rechnerisch, dass die Geschwindigkeit der Elektronen 6,0 * 10[SUP]7[/SUP] m/s beträgt.

Welche elektrische Spannung müssen die Elektronen durchlaufen, um die gegebene Geschwindigkeit zu erreichen?
Zum Vergrößern anklicken....

Ich hoffe, ihr könnt mir dabei helfen, denn das ganze wird morgen benotet.



Gruß
 
Zuletzt bearbeitet:
ich verstehe nicht wie du die Aufgaben lösen sollst, wenn sowohl der Abstand der Maxima (bzw. Winkel) als auch Wellenlänge der Elektronen unbekannt sind. Mit einer Gleichung für zwei Unbekannte steh ich persönlich vor einem unlösbaren Problem...
Die einzige mir bekannte Möglichkeit wäre:
n*Wellenlänge/Spaltabstand = sin(Winkel) = Abstand(Maximum)/Abstand(Gitter<->Maximum)
bzw. n*Lamda/d = sin(Alpha) = s/e mit e=(s²+l²)

Man sollte meinen wir übersehen da was, aber ganz ehrlich: ich kann auch einfach durch einen Türrahmen laufen die 3m von der nächsten Wand entfernt ist und das sagt nichts über meine Geschwindigkeit aus. xD

Naja zum unteren Teil: UB=v/-e


Edit: Es muss ja was mit De-Broglie (Wellenlänge=h/p) zu tun haben, aber das löst das von mir genannte Problem noch nicht.
Wenn du bis morgen früh keine Lösung hast, schreib schonaml alles wichtige an Formeln hin und statt einer Lösung schreibste halt hin warum du keine hast. Da muss man dir auch schon paar Punkte drauf geben. :D
 
Zuletzt bearbeitet:
Danke für die Antwort. Ich hab es jetzt so gemacht, wie du gesagt hast. Also, dass sich aus Spaltabstand und Abstand zum Schirm nicht auf die Geschwindigkeit schließen lässt.

Ich hoffe, er akzeptiert das so. Ich brauch ne gute Note ^^


Gruß
 
UrinStein schrieb:
Mit einer Gleichung für zwei Unbekannte steh ich persönlich vor einem unlösbaren Problem...
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Suche dir noch eine andere zweite Gleichung dafür. Bei zwei Gleichungen und zwei Unbekannten kannst du das über die quadratische Gleichung lösen und erhältst zwei Ergebnisse, von denen eins irrelevant ist und als Lösung verworfen werden kann. Eventuell hilft auch noch eine Kurvendiskussion dabei.

Die physikalische Aufgabenstellung selber ist mir nicht bekannt, diesen Teil hatte ich nie und außerdem ist es schon sehr lange her, aber vielleicht kommst du ja mit diesem Lösungsansatz weiter, falls es nicht schon zu spät ist.
 
Norbert schrieb:
Suche dir noch eine andere zweite Gleichung dafür. Bei zwei Gleichungen und zwei Unbekannten kannst du das über die quadratische Gleichung lösen und erhältst zwei Ergebnisse, von denen eins irrelevant ist und als Lösung verworfen werden kann. Eventuell hilft auch noch eine Kurvendiskussion dabei.
Zum Vergrößern anklicken....
Joa ich glaube so weit wäre ich auch noch gekommen, aber mir ist schlicht keine weitere Formel im Zusammenhang mit dem Doppelspalt bekannt. Im Abitur haben wir wirklich nur dieses eine Dreieck mit Alpha gehabt und auch unser Physik-Prof hat nichts weiter in der Richtung erwähnt. Ich bin an der Stelle wirklich absolut aufgeschmissen. Auch die sonst so fruchtende Formelsammlung-Vergewaltigung will nicht fruchten. x.x
 
Ne, es ist schon zuspät. Aber wenn die anderen Aufgaben nicht zu falsch sind, sollte es für 10 Punkte oder mehr reichen.

Im Unterricht haben wir diese Aufgabe besprochen.

Bin aber gerade über dem Handy online. Wenn ich wieder Zuhause bin, klär ich die Aufgabe auf.

Ich wusste auch nicht die zweite Formel und auf das Ergebnis wäre ich, ganz ehrlich, nie selber drazf gekomm. ^^
 
Ich hatte ja versprochen, den Lösungsweg noch einmal zu offenbaren und ich muss zugeben, dass ich den vergessen hatte.

Hab dann versucht, den nochmal selber zu finden und hab versagt.



In der Schule habe ich heute noch einmal gefragt und der Lehrer hat mir einen Hinweis gegeben, warum keiner von uns eine Lösung finden konnte.

Und zwar habe ich übersehen, dass die AUfgabe nur eine Teilaufgabe war und ganz am Anfang der Aufgabe noch ein Interferenzbild gezeigt wurde.
Und dort sind Längenmaße eingezeichnet. Diesen Umstand habe ich übersehen und deshalb hat bei der Berechnung der Abstand vom 0. bis zum 1. Maxima gefehlt.
Der Abstand ist nämlich 25 nm.


Und so rechnet man das nun aus:

Das ist die Formel zur Berechnung der Geschwindigkeit:
λ = h / (m * v)
So umgestellt:
v = h / (m * λ)

Dann gibt es noch die Interferenz am Doppelspalt:
(n * λ) / d = Sn / e
So umgestellt:
λ = (Sn * d) / (e * n)

Die endgültige Formel ist also die:
v = (h * e * n) / (m * Sn * d)

Da in diesem Beispiel n = 1 ist, sieht das dann so aus:
v = (h * e) / (m * S1 * d)

verborgener Text:
λ - Lambda -> Wellenlänge
h - Plancksches Wirkungsquantum
m - Masse eines Elektrons
v - Geschwindigkeit des Elektrons
n - Die Nummer des Maximas, beginnend bei 0 (hier 1)
Sn - Abstand zwischen dem 0. und n. Maxima (hier zwischen dem 0. und 1. Maxima)
e - Abstand zwischen dem Doppelspalt und dem Schirm*
d - Gitterkonstante (Abstand zwischen den einzelnen Spalten)

* Eigentlich heißt es En, für die Länge von dem Mittelpunkt zwischen den Spalten bis zum n. Maximum. Da der Unterschied zu der Entfernung zwischen Doppelspalt und Schirm zu gering ist, kann das vernachlässigt werden.




So funktionierts dann auch.
Ich habs noch mal durchgerechnet und es kommen genau 6.019775417 * 10^7 m/s raus. ALso im Grunde genau 6.0 * 10^7 m/s, wie es in der Aufgabe stand.



Gruß
 
Ja, hat mir auch nicht gepasst, dass es so billig war, das Problem -.-


Interferenz am Doppelspalt

Und ich kannte die Formel, aber ich habe nicht dran gedacht. Ist mein Hauptproblem bei Physik.
Ich versteh zwar alles und habe auch sonst keine Probleme, aber der Gedankenblitz, die Idee, welche Formel ich nehmen könnte, das bleibt aus.
 
Dürft ihr denn keine Forelsammlung benutzen?
Ich habe immer die Forelsammlung aufgeschlagen gehabt und zum entsprechenden Thema waren alle Formeln auf max. 2 Seiten zusammengefasst. Wenn mir spontan die richtige Formel nicht einfiel, habe ich einfach geguckt, was so im Angebot war und hab dann nahezu immer die richtige Fomel gefunden.^^

Gerade in Klausuren hat sich das ausgezahlt. Die Aufgabe am Schluss forderte ja immer etwas Nachdenken und "über den Tellerand Schauen", damit man eine bis dahin unbekannte Aufgabenstellung lösen konnte. Ich hab es mal geschafft als einziger von den 20 in meinem Mathe-LK geschafft, statt nachzudenken auf die Formelsammlung zu verweisen und ohne jegliches Umformen und Herleiten das Ergebnis auszurechnen, volle Punktzahl! :D
 
Doch dürfen wir

"über den Tellerand Schauen" sollte mir ja eigentlich liegen, weil ich grundsätzlich viel zu kompliziert denke^^

Ich weiß nicht, warum mir der entscheidende Lösungs-Gedanke so selten kommt.
Wenn es dann am Ende aufgeklärt wird, hau ich mir praktisch immer erst mal an den Kopf, weil das eigentlich so einfach ist.


Naja, wird schon irgendwie^^

Die kleine freiwillige Arbeit hat mir zumindest 10 Punkte und mehr Motivation eingebracht^^
Weil meistens fehlt mir auch genau das: Motivation. ^^




Ach Mathe ist einfach :D
Aus irgendeinem Grund gehöre ich in Mathe zu den besten Drei im Kurs und in Physik bin ich nicht so gut.
Und von sonderlich hoher Motivation kann man da auch nicht sprechen, weil ich gleich keine Lust mehr habe, wenn ich mal nicht sofort auf die Lösung komme und den Rest der Stunde mit sinnlosem Kram verbringe^^ Trotzdem gute Arbeiten. Naja, meistens genau ein Fehler und deshalb nicht mehr 15, sondern nur noch 13 Punkte, aber so ist das Notensystem halt -.-
 
Abends

Auch wenn es dir nicht mehr helfen kann - ich hatte ebenfalls wie Urinstein das Problem, einen Zusammenhang zu erkennen. Bei mir klingelte es nur ganz schwach beim Begriff "Doppelspalt" und als ich mir die Thematik auf Wikipedia durchlas, wusste ich auch, warum: Doppelspaltexperiment
Es fehlte der Abstand des Interferenzmusters. Leider lässt sich entgegen Norberts Aussage da auch nichts herleiten.

MfG
 
Naja, helfen tuts nicht, aber es baut auf, dass ich nicht der einzige bin, ders nicht gepackt hat^^

Ich hoffe nur, dass ich das bald besser hin kriege, weil ich kann meine Endnote nicht nur durch freiwillige Arbeiten für Zuhause aufbauen^^
 
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