Baustein 3: Elektrische Phänomene

Baustein 3: Elektrische Phänomene

Einstieg

Bevor du anfängst: Überlege dir, wie unser Modell von Atomen aussieht. Woraus sind Stoffe aufgebaut?


 

Zu Beginn dieses Bausteins sollst du nun ein paar kleine Versuche mit Alltagsgegenständen durchführen. Nutze dazu das Arbeitsblatt 1.

Arbeitsblatt 1

Erkenntnisse bisher

Daltons Hypothesen geben uns eine Möglichkeit, gedanklich und auch mit Symbolen den Aufbau von Stoffen nachvollziehen zu können. Wir können mit diesem Modell außerdem die Gesetzmäßigkeiten von chemischen Reaktionen erklären.

Du konntest in den Versuchen mit Alltagsgegenständen aber auf einfache Art und Weise Phänomene erzeugen, die wir mit dem Modell von Dalton nicht erklären können: elektrische Phänomene.

Was hat ein Röhrenfernseher mit den Bausteinen der Materie zu tun?

Ende des 19. Jahrhunderts untersuchten viele Naturwissenschaftler die Elektrizität und elektrische Phänomene, da noch nicht viel über ihre Gesetzmäßigkeiten und ihre Ursachen bekannt war.

Eines dieser Phänomene waren die Kathodenstrahlen. Sie können in einer Glasröhre durch Anlegen einer großen Spannung an eine Metallelektrode erzeugt werden. Die folgende Skizze zeigt eine klassische Kathodenstrahlröhre, wie sie damals etwa von J. J. Thomson in seinen Versuchen genutzt wurde.


 

C Kathode A Spalt (Anode) B Spalt D/E Aluminiumplatte

Aus der gesamten Röhre wird die Luft herausgesaugt, man sagt: Sie wird evakuiert. An die Kathode (Minuspol) wird eine negative Spannung angelegt, an die Anode (Pluspol) eine positive Spannung. Der Strahl geht dann von der Kathode aus durch die beiden Spalte und zwischen den Aluminiumplatten hindurch. Am Ende der Röhre trifft er auf einen Schirm und erzeugt ein Leuchten. Der Schirm ist mit einer Skala versehen.

1897 untersuchte Thomson die Eigenschaften der Kathodenstrahlen und konnte feststellen, dass sich ihr Verlauf ändert, wenn an die Aluminiumplatten eine Batterie angeschlossen wird, sodass eine Platte positiv geladen ist, die andere negativ. Der Kathodenstrahl wird dann in die Richtung abgelenkt, in der die positiv geladene Platte liegt. Je stärker die Platten geladen sind, desto größer ist die Ablenkung des Strahls. Ähnlich verhalten sich die Strahlen, wenn sie ein Magnetfeld durchqueren.

Aufgabe

Bearbeite nun zuerst das Arbeitsblatt 2 "Kathodenstrahlen im elektrischen Feld".

Erkenntnisse aus Thomsons Experimenten

Die Ablenkung in der Kathodenstrahlröhre zeigt, dass sich die Strahlen wie negativ geladene Teilchen verhalten. Thomson konnte außerdem feststellen, dass das Verhalten der Strahlen immer gleich ist, unabhängig von den genutzten Materialien und berechnete außerdem, dass diese negativen Teilchen sehr klein und leicht sein müssten. Thomson hatte mit seinen Experimenten einen Baustein der Materie gefunden, der in allen Atomen vorkommt: das negativ geladene Elektron.

Fragen aus Thomsons Experimenten

Thomson hatte mit seinen Experimenten also ein ganz neues Teilchen entdeckt: das negativ geladene Elektron. Es kommt in allen Atomen vor.

Jetzt stellen sich natürlich die Fragen: Wie genau sind Atome aufgebaut? Wo befinden sich die Elektronen im Atom? Wie sind sie angeordnet? 

Anwendung der Kathodenstrahlen

Die Eigenschaften der Kathodenstrahlen wurden mehrere Jahrzehnte in Fernsehgeräten und anderen Bildschirmen genutzt. Um die Strahlen an jeden Punkt des Bildschirms lenken zu können und dort ein entsprechendes Farbleuchten auf dem speziell beschichteten Schirm zu erzeugen braucht man nur zwei weitere Platten, welche die Strahlen auch nach links und rechts ablenken können. So haben unter anderem auch die Elektronen zur Verbreitung des Fernsehens beigetragen.


Für Interessierte:

Dieses Video erklärt euch nochmal genau wie die Röhrenbildschirme funktionieren.

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(Stand: 24.08.2020)