Stromstärke und Leuchten: Übungen – Physik Leistungskurs

1Wie eine Schicht entstehtAFB I

Vervollständigen Sie den Text zur Entstehung der Leuchtschichten im Neon-Rohr.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt). Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Auf dem Weg zum Gitter nimmt ein Elektron ständig Energie aus dem Feld auf. Sobald es die von 18,7 eV beisammen hat, stößt es und gibt die gesamte Portion an ein Neon-Atom ab — genau dort leuchtet die erste Schicht. Danach beschleunigt das Feld es erneut, sodass die folgenden Schichten in Abständen erscheinen. Erhöht man die Spannung, rücken alle Schichten näher an die . Um ihre Zahl zu erhalten, muss man eU/ΔW berechnen und anschließend . Zu jeder neu auftauchenden Schicht gehört in der Kennlinie genau ein .

Zwei Wörter tragen die eigentliche Physik: inelastisch und abrunden. Inelastisch heißt, dass die Energie im Atom bleibt statt als Bewegungsenergie zurückzukommen — nur deshalb verliert das Elektron seine gesamte Portion auf einen Schlag. Und abgerundet wird, weil ein Atom keine halbe Portion annimmt: Bei eU = 2,9 ΔW sind es zwei Schichten, nicht drei, und das dritte Bruchstück Energie bleibt beim Elektron.

2Was ändert sich mit der Spannung?AFB I

Ordnen Sie jede Größe danach ein, wie sie auf eine Erhöhung der Beschleunigungsspannung \(U\) reagiert.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).

1wird größer

2bleibt gleich oder wird kleiner

Der rechte Korb ist der lehrreichere: ΔW, Farbe und die je Stoß übertragene Energie sind Eigenschaften des Neon-Atoms und von der Spannung völlig unabhängig. Die Spannung steuert nur, wie oft und wo diese immer gleiche Portion abgegeben wird. Wer erwartet, dass ein Rohr bei höherer Spannung „blauer“ leuchtet, verwechselt die Energie des Elektrons mit der Energie des Photons.

3Der Weg eines ElektronsAFB I

Bringen Sie die Ereignisse auf dem Weg eines Elektrons von der Kathode zum Gitter in die richtige Reihenfolge.

Sortiere die Karten mit den Pfeiltasten neben den Einträgen oder per Ziehen, bis die Reihenfolge stimmt.

1Das Elektron verlässt die Kathode mit nahezu null Energie

2Das elektrische Feld beschleunigt es in Richtung Gitter

3Nach einer bestimmten Strecke hat es genau 18,7 eV gesammelt

4Es stößt inelastisch mit einem Neon-Atom und gibt die volle Portion ab

5Das angeregte Atom strahlt zurück — hier leuchtet die erste Schicht

6Das fast energielose Elektron wird vom Feld erneut beschleunigt

7Nach der gleichen Strecke folgt der nächste Stoß — die zweite Schicht

Entscheidend ist der Schritt nach dem Stoß: Das Elektron ist nicht verschwunden, es startet nur wieder bei fast null. Weil das Feld überall gleich stark ist, braucht es für die nächste Portion wieder genau dieselbe Strecke — und genau daraus folgt der gleichmäßige Abstand der Schichten. Wer den Neustart übersieht, kann nicht erklären, warum es überhaupt mehr als eine Schicht gibt.

Stromstärke und Leuchten

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