Ordne jede Eigenschaft dem Bestandteil zu, auf den sie im Rosinenkuchenmodell zutrifft.
Ziehe die Karten in den passenden Korb — oder wähle eine Karte mit Tab und Enter und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Elektron
2positive Kugel
3das ganze Atom
Drei Karten pro Korb, außer beim Atom: Nur das ganze Atom ist neutral oder wird zum Ion — ein einzelnes Elektron oder die Kugel allein sind immer geladen. Und „kein Kern“ gehört zur Kugel: Bei Thomson ist die positive Ladung verschmiert, nicht in der Mitte konzentriert.
Frage dich bei jeder Karte: Gilt das für ein einzelnes Teilchen (Elektron oder Kugel) — oder nur für die Kombination aus beiden?
2
Stimmt das?
AFB I
Entscheide bei jeder Aussage, ob sie zu Thomsons Modell passt.
Tippe auf „Stimmt“ oder „Stimmt nicht“. Danach erscheint die Begründung.
Aussage 1 von 6
Drei stimmen, drei nicht. Die beliebtesten Fehler: der Kern (kommt erst 1911) und das Vorzeichen beim Ion — weniger Elektronen bedeutet positiv.
Stell dir bei jeder Aussage das Bild vor: Teig mit Rosinen — ohne Mitte, ohne Bahnen.
3
Die Kathodenstrahlröhre in Worten
AFB I
Vervollständige den Versuchsbericht. Zwei Wörter aus der Bank bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt). Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
In einer Glasröhre geht von der ein Strahl aus. Zwischen zwei geladenen Platten wird er zur Platte hin abgelenkt — die Teilchen sind also geladen. Aus der Stärke der Ablenkung folgt: Sie sind rund 2000-mal als ein Wasserstoffatom. Thomson nannte sie .
Die Richtung der Ablenkung verrät das Vorzeichen, die Stärke der Ablenkung verrät die Masse: Je leichter ein Teilchen, desto stärker lässt es sich aus der Bahn bringen.
Ungleiche Ladungen ziehen sich an: Ein negatives Teilchen wandert zur Platte mit dem anderen Vorzeichen.
4
Thomsons Gedankengang der Reihe nach
AFB II
Bringe die Schritte in die Reihenfolge, in der aus der Beobachtung das neue Atommodell wird.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt.
1Von der Kathode geht ein Strahl aus, der die Glaswand zum Leuchten bringt
2Der Strahl wird zur positiven Platte abgelenkt: Die Teilchen sind negativ geladen
3Aus der Ablenkung folgt: Die Teilchen sind rund 2000-mal leichter als ein Wasserstoffatom
4Aus jedem Metall kommen dieselben Teilchen: Sie stecken in jedem Atom
5Das Atom ist teilbar, Daltons Kugel ist widerlegt
6Weil Atome neutral sind, muss im Atom ebenso viel positive Ladung stecken: das Rosinenkuchenmodell
Die Kette hat eine Logik: erst beobachten (Strahl), dann messen (Vorzeichen, Masse), dann verallgemeinern (jedes Atom) und erst ganz am Ende modellieren. Die positive Kugel ist keine Beobachtung, sondern eine Folgerung aus der Neutralität.
Am Anfang steht immer das, was man ohne Deutung sehen kann. Am Ende steht das Modell.
Vorzeichen (Richtung der Ablenkung) kommt vor der Masse (Stärke der Ablenkung); „in jedem Atom“ braucht den Vergleich mehrerer Metalle; „teilbar“ folgt daraus; die positive Kugel ist der letzte Schluss.
5
Bauteile der Röhre
AFB II
Klicke in der Skizze der Kathodenstrahlröhre das Bauteil an, nach dem gefragt wird.
Klicke das gesuchte Bauteil an. Mit der Tastatur: Tab zum Wandern, Enter zum Auswählen.
Die Röhre ist ein Beschleuniger im Kleinen: Die Kathode liefert die Elektronen, die Anode zieht sie an und lässt sie durch das Loch hindurch, das Plattenpaar biegt den Strahl ab — und die Glaswand macht ihn sichtbar.
Der Strahl ist negativ geladen. Gleiche Ladungen stoßen sich ab, ungleiche ziehen sich an — die Farben der Platten verraten das Vorzeichen.
6
Drei Modelle im Vergleich
AFB II
Setze in jeder Zeile überall dort ein Kreuz, wo das Modell die Aussage macht. Es können mehrere pro Zeile sein.
Enter setzt und löscht ein Kreuz.
Aussage
Demokrit
Dalton
Thomson
Atome sind unteilbar
Atome enthalten negativ geladene Elektronen
Die Aussage stützt sich auf Experimente
Die positive Ladung ist über das ganze Atom verteilt
Das Modell erklärt, wie ein Atom zum Ion wird
Demokrit hat gedacht, Dalton und Thomson haben gemessen — das ist der eigentliche Sprung. Und nur wer Elektronen im Atom hat, kann erklären, warum Atome sich aufladen lassen.
Die letzten vier Zeilen brauchen alle ein Teilchen im Atom. Nur eines der drei Modelle kennt eines.
7
Rechenkette: Kohlenstoff-Kugel
AFB II
Eine Kugel trägt 6 positive Ladungen (wie Kohlenstoff). Ein Proton hat die 1836-fache Masse eines Elektrons. Rechne in Elementarladungen e und in Elektronenmassen.
Rechne die Kette Schritt für Schritt. Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet.
Gesamtladung bei 6 Elektronen?e
Zwei Elektronen werden entfernt. Gesamtladung jetzt?e
Wie viele Elektronen braucht die Kugel für die Ladung −1 e?Elektronen
Masse des positiven Teils (6 Protonen) in Elektronenmassen?me
Massenanteil der 6 Elektronen am neutralen Atom in Prozent (auf 2 Nachkommastellen)%
6 ÷ (11016 + 6) · 100 % ≈ 0,05 %. Zwanzig Kohlenstoffatome könnte man von ihren Elektronen befreien, und die Waage würde es nicht merken. Ladung dagegen springt in ganzen Schritten: 6 − 4 = +2, 6 − 7 = −1.
Schritt 5: Elektronenmasse 6 durch Gesamtmasse (11016 + 6) teilen, mal 100. Das Ergebnis liegt knapp über 0,05.
8
Fehlersuche im Merkheft
AFB II
In diesem Heftauszug stecken drei Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Klicke genau die falschen Zeilen an.
Zeile 4 ist die gefährlichste: „neutral“ klingt nach „leer“, meint aber „ausgeglichen“. Wer das verwechselt, kann später nicht erklären, warum Strahlung Atome ionisieren kann.
Prüfe bei jeder Zeile: Wer ist schwer, wer ist leicht? Was heißt „neutral“ wirklich? Und was war die entscheidende Beobachtung mit den verschiedenen Metallen?
9
Streitgespräch im Labor
AFB III
Ein Kollege Thomsons zweifelt an seiner Deutung. Wähle jeweils die Entgegnung, die physikalisch trägt.
Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
Ein gutes Modell entsteht nicht aus einer Messung, sondern aus dem Aushalten von Einwänden. Vier davon kann Thomson entkräften — beim fünften muss er zugeben, dass er rät. Genau dort setzt das nächste Kapitel an.
Eine gute Entgegnung nennt eine Beobachtung, nicht eine Behauptung. Und im letzten Schritt ist Ehrlichkeit die physikalisch richtige Antwort.
10
Trickaufgabe: Ein Elektron weniger
AFB III
Einem neutralen Sauerstoffatom (Kugel mit +8, acht Elektronen) wird ein einziges Elektron entrissen. Was ändert sich dadurch — und was nicht?
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden.
Der Trick steckt in Zeile 5: Welches Element ein Atom ist, legt die positive Ladung fest — und die bleibt bei +8. Elektronen kommen und gehen, das Element bleibt. Die Masse ändert sich um etwa ein Fünfzehntausendstel; das Vorzeichen kippt, weil jetzt ein Plus übrig ist, nicht weil ein Minus weg ist.
Frage bei jeder Aussage: Was ist mit der Kugel passiert? Nichts. Nur die Zahl der Rosinen hat sich geändert.
Ladung: 8 − 7 = +1. Masse: 1 von etwa 14 700 Elektronenmassen fehlt. Kugel unverändert, also gleiches Element. Ion: ja, denn geladen.
