Aufbau und Polung sicher benennen, die fünf Schritte vom Teilchen zum Knacken ordnen, Impulsraten mit Nullrate berechnen und Messprotokolle auf Fehler abklopfen.
Vervollständige den Merktext zum Aufbau des Zählrohrs.
Ziehe die Bausteine an die richtige Stelle.
Ein Zählrohr ist ein geschlossenes Metallrohr, gefüllt mit dem Edelgas . In der Mitte ist ein dünner gespannt, der als Anode am Pluspol liegt; das Gehäuse ist die am Minuspol. Die Strahlung tritt durch ein sehr dünnes ein. Solange kein Teilchen eintritt, fließt trotz der anliegenden Spannung .
Merkhilfe für die Polung: Die Elektronen (−) sollen zum Draht — also muss der Draht der Pluspol sein.
Alle fünf Begriffe stehen in der Merke-Box „Das Zählrohr in drei Sätzen“.
2
Fünf Schritte in der richtigen Reihenfolge
AFB I
Bringe die Vorgänge im Zählrohr in die Reihenfolge, in der sie ablaufen.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt.
1Die Strahlung tritt durch das dünne Fenster ins Rohr ein.
2Ein Elektron wird aus einem Argon-Atom herausgeschlagen: Ion (+) und Elektron (−).
3Das Ion wandert zum Gehäuse, das Elektron zum Draht.
4Die hohe Spannung beschleunigt das Elektron so stark, dass eine Elektronenlawine entsteht.
5Der Stromimpuls wird gezählt, es knackt; die Ionen werden am Gehäuse wieder neutral.
Eintritt → Ionisation → Wanderung → Lawine → Zählen. Die Lawine kann erst entstehen, wenn das Elektron unterwegs zum Draht ist — deshalb steht die Wanderung vor der Lawine.
Erst muss etwas ins Rohr kommen, ganz am Ende wird gezählt. Die drei Schritte dazwischen ergeben sich aus der Frage: Was passiert mit dem herausgeschlagenen Elektron?
3
Bauteile im Querschnitt
AFB I
Finde im Schnittbild das gesuchte Bauteil. Die Buchstaben A–E markieren die fünf Zonen.
Klicke die gesuchte Zone an. Mit der Tastatur: Tab zum Wandern, Enter zum Auswählen.
A Gitter · B Fenster (dünne Folie) · C Metallgehäuse = Kathode (−) · D Draht = Anode (+) · E Zähler. Das Fenster muss so dünn sein, dass selbst α-Strahlung hindurchkommt — deshalb braucht es das Gitter als Schutz.
Anode und Kathode sind die beiden Pole der Spannung. Der Draht ist der Pluspol.
4
Impulsrate berechnen
AFB I
Ein Zählrohr registriert in 3 Minuten 1260 Impulse. Wie groß ist die Impulsrate in Impulsen pro Sekunde?
Rechne die Messzeit zuerst in Sekunden um.
3 min = 180 s, und 1260 : 180 = 7. Wer durch 3 teilt, bekommt 420 — das wären Impulse pro Minute.
n = Anzahl der Impulse ÷ Messzeit. Welche Einheit soll die Messzeit haben?
3 min = 3 · 60 s = 180 s. Dann 1260 Impulse ÷ 180 s.
5
Stimmt das?
AFB II
Sechs Aussagen zum Zählrohr — drei stimmen, drei nicht.
Tippe auf „Stimmt“ oder „Stimmt nicht“. Danach erscheint die Begründung.
Aussage 1 von 6
Die drei Stolperstellen aus der Erklärung tauchen hier alle auf: Strom statt Strahlung, Lawine aus dem Gas, Elektronen zum Draht und Ionen zum Gehäuse.
Frage dich bei jeder Aussage: Wer ist der Pluspol — und was misst das Gerät wirklich?
6
Wer ist wie geladen — und wohin geht er?
AFB II
Setze in jeder Zeile alle zutreffenden Kreuze. Manche Teilchen bekommen zwei Kreuze, manche nur eins.
Enter setzt und löscht ein Kreuz.
Teilchen
negativ geladen
positiv geladen
ungeladen
wandert zum Draht
wandert zum Gehäuse
freies Elektron
Argon-Ion nach der Ionisation
γ-Quant vor dem Eintritt
Argon-Atom vor dem Eintritt
Nur geladene Teilchen werden von der Spannung bewegt: Elektron (−) zum Draht (+), Ion (+) zum Gehäuse (−). Ein γ-Quant und ein neutrales Atom spüren das elektrische Feld nicht — erst die Ionisation macht aus dem Atom etwas, das wandert.
Ungleiche Ladungen ziehen sich an. Was ungeladen ist, wandert gar nicht.
7
Die Nullrate schätzen
AFB II
Auch ohne Präparat knackt ein Zählrohr ab und zu: Höhenstrahlung aus dem All und natürliche Radioaktivität in Wänden und Luft lösen Impulse aus. Schätze: Wie viele Impulse pro Minute zeigt ein Schul-Zählrohr im leeren Physikraum?
Schiebe den Regler auf deine Schätzung — Pfeiltasten bewegen ihn feiner. Nach dem Prüfen siehst du den Trefferbereich.
0200 Impulse/min
Typisch sind 10 bis 30 Impulse pro Minute, also grob einer alle drei Sekunden. Diesen Nulleffekt misst man vor jedem Experiment und zieht ihn später von der Messung ab — sonst schreibt man dem Präparat Impulse zu, die gar nicht von ihm stammen.
Im leeren Raum knackt es nicht im Sekundentakt, aber auch nicht nur einmal pro Minute.
Ein Impuls etwa alle drei Sekunden — rechne das auf eine Minute hoch.
8
Messung mit Nullrate — Schritt für Schritt
AFB II
Ohne Präparat zählt ein Zählrohr 30 Impulse pro Minute. Mit einem Präparat registriert es in 4 Minuten 2400 Impulse. Bestimme die Impulsrate, die wirklich vom Präparat stammt.
Rechne die Kette Schritt für Schritt. Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet.
Wie viele Impulse pro Minute wurden mit Präparat gemessen?Impulse/min
Wie viele davon stammen pro Minute vom Präparat (Nullrate abziehen)?Impulse/min
Wie groß ist diese Nettorate in Impulsen pro Sekunde?Impulse/s
2400 : 4 = 600 Impulse/min, davon 30 aus dem Nulleffekt → 570 Impulse/min → 570 : 60 = 9,5 Impulse/s. Die Nullrate wird abgezogen, nie ignoriert — bei schwachen Präparaten macht sie einen großen Teil der Anzeige aus.
Erst alles auf eine Minute beziehen, dann abziehen, dann in Sekunden umrechnen.
600 − 30 = 570; 570 ÷ 60 = 9,5.
9
Fehlersuche im Messprotokoll
AFB III
Ein Protokoll enthält drei physikalisch falsche Zeilen. Finde sie.
Klicke genau die falschen Zeilen an.
Zeile 3 ist richtig gerechnet, Zeile 5 ist ein sauberer Schluss: Papier stoppt α-Strahlung, also hätte die Rate deutlich sinken müssen. Die drei Fehler stecken in Zeile 2 (Strom statt Teilchen), Zeile 4 (zu niedrige Spannung = keine Lawine) und Zeile 6 (Nullrate immer abziehen).
Genau drei Zeilen sind falsch. Prüfe die Rechnung in Zeile 3 nach — sie ist eine Falle für zu schnelles Klicken.
10
Trickaufgabe: Das Zählrohr schweigt
AFB III
Ein α-Präparat mit hoher Aktivität liegt 30 cm vor dem Zählrohr — trotzdem zeigt das Gerät kaum mehr als die Nullrate an. Welche Erklärungen sind physikalisch möglich?
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden.
Ein schweigendes Zählrohr heißt nicht „keine Strahlung“. α-Teilchen kommen in Luft nur wenige Zentimeter weit, jede dickere Folie stoppt sie, und ohne ausreichende Spannung gibt es keine Lawine. α-Teilchen sind dagegen zweifach positiv geladen und ionisieren sogar besonders stark — kämen sie ins Rohr, würden sie sicher gezählt.
Was muss alles klappen, damit aus einem α-Teilchen ein Knacken wird? Jeder dieser Schritte kann scheitern.
