Zehn Aufgaben rund um die Schwelle von 12 eV, das Energie-Budget eines Teilchens und die Frage, was die erzeugten Ionen im Zählrohr, in der Nebelkammer und in der Zelle anrichten.
Entscheide bei jeder Aussage, ob sie physikalisch korrekt ist.
Tippe auf „Stimmt“ oder „Stimmt nicht“. Danach erscheint die Begründung.
Aussage 1 von 6
Drei stimmen, drei nicht. Die beiden Klassiker: „viel Licht = ionisierend“ und „bestrahlt = radioaktiv“. Beides klingt plausibel, beides ist falsch.
Frage dich bei jeder Aussage: Geht es um die Energie pro Teilchen oder um die Menge der Teilchen?
2
Zwei Körbe: ionisierend oder nicht?
AFB I
Sortiere die Strahlungsarten nach der Energie eines einzelnen Quants bzw. Teilchens. Die Schwelle liegt bei etwa 12 eV.
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).
1ionisierend (über 12 eV)
2nicht ionisierend (unter 12 eV)
Die Grenze läuft mitten durch das UV: UV-A aus dem Solarium (3–4 eV) ionisiert nicht, hartes UV ab etwa 12 eV schon. Alles links von der Schwelle — Radio, Mikrowelle, Wärme, Licht — ist elektromagnetische Strahlung ohne ionisierende Wirkung.
Rechne alle Angaben in eV um: 1 keV = 1 000 eV, 1 MeV = 1 000 000 eV.
Alles, was mehr als 12 eV hat, gehört in Korb 1 — das sind genau fünf Karten.
3
Die Wirkung in drei Sätzen
AFB I
Vervollständige den Merktext aus der Erklärung.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt). Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Ein Strahlungsteilchen trägt Tausende bis Millionen . Um ein Elektron aus der eines Atoms zu schlagen, braucht es nur etwa eV; das Atom wird dabei zum positiven . Jeder Stoß kostet das Teilchen im Mittel rund eV. Deshalb reicht ein einziges Teilchen für Ionen — erst wenn seine Energie aufgebraucht ist, bleibt es .
Merke dir die zwei Zahlen: 12 eV ist die Schwelle (reicht es überhaupt?), 34 eV sind die Kosten pro Ion (wie viele werden es?). Beide zusammen erklären das ganze Unterkapitel.
Die kleinere Zahl ist die Schwelle, die größere sind die Kosten pro Ion.
4
Die Energieleiter aufsteigen
AFB I
Ordne die sechs Quanten und Teilchen nach der Energie — vom kleinsten zum größten Wert.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt.
1Quant einer Radiowelle
2Quant von sichtbarem Licht
3Hartes UV-Quant, gerade über der Schwelle
4Röntgenquant aus der Arztpraxis
5β-Teilchen mit 1 MeV
6α-Teilchen mit 5 MeV
Zwischen Radiowelle und α-Teilchen liegen rund zwölf Zehnerpotenzen — eine Billion. Deshalb ist die Leiter in der Erklärung logarithmisch gezeichnet: Jeder Schritt nach rechts bedeutet das Zehnfache.
Erst die drei unter der Schwelle bzw. knapp darüber, dann keV, dann MeV.
5
Ionen aus einem β-Teilchen
AFB II
Ein β-Teilchen aus dem Zerfall von Strontium-90 hat 1,7 MeV. Pro Ion verliert es in Luft im Mittel 34 eV. Wie viele Ionen kann es erzeugen? (Runde auf ganze Tausender.)
Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
1,7 MeV = 1 700 000 eV; 1 700 000 ÷ 34 = 50 000 Ionen. Ein einziges Elektron aus dem Kern hinterlässt also fünfzigtausend geladene Atome — jedes davon kann im Zählrohr mitzählen oder in der Zelle ein Molekül verändern.
Zuerst MeV in eV umrechnen: 1 MeV = 1 000 000 eV.
Ionen = Energie ÷ 34 eV = 1 700 000 ÷ 34.
6
Was die Ionen bewirken
AFB II
Verbinde jeden Ort mit dem, was die erzeugten Ionen dort auslösen.
Klicke links einen Ort an und dann rechts die passende Wirkung — es entsteht eine Verbindungslinie.
Fünf Orte, ein Vorgang: Immer sind es die Ionen, die etwas tun — Strom leiten, Tröpfchen bilden, Körner schwärzen, Moleküle verändern. Die Strahlung selbst bemerkt man nie direkt.
Ionen und freie Elektronen sind bewegliche Ladungen — überall, wo es um Strom oder Entladung geht, sind sie der Grund.
7
Kreuztabelle: vier Teilchen im Vergleich
AFB II
Setze in jeder Zeile überall dort ein Kreuz, wo die Aussage zutrifft. Rechne mit 34 eV pro Ion.
Enter setzt und löscht ein Kreuz.
Teilchen
liegt über der Schwelle
erzeugt mehr als 1 000 Ionen
ist elektromagnetische Strahlung
Lichtquant, 2,5 eV
Hartes UV-Quant, 20 eV
Röntgenquant, 50 keV
α-Teilchen, 5 MeV
Das UV-Quant ist der Sonderfall: über der Schwelle, aber mit 20 eV reicht es nur für ein Ion — dann ist sein Budget leer. Das Röntgenquant (≈ 1 500 Ionen) und das α-Teilchen (≈ 150 000 Ionen) spielen in einer ganz anderen Liga.
Spalte 1: mehr als 12 eV? Spalte 2: mehr als 34 000 eV? Spalte 3: Quant oder Teilchen mit Masse?
Nur das α-Teilchen ist kein Quant, sondern ein Heliumkern. Nur das Lichtquant liegt unter der Schwelle.
8
Die Nebelkammer-Spur nachrechnen
AFB II
Ein α-Teilchen aus Americium-241 hat 5,5 MeV und hinterlässt in der Nebelkammer eine 4 cm lange Spur. Rechne in drei Schritten aus, wie dicht die Ionen auf dieser Spur liegen.
Rechne die Kette Schritt für Schritt. Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet.
Wie viel eV sind 5,5 MeV?eV
Wie viele Ionen erzeugt das Teilchen bei 34 eV pro Ion? (auf Tausender genau)Ionen
Wie viele Ionen liegen im Mittel auf jedem Millimeter der 4-cm-Spur? (auf 50 genau)Ionen/mm
Rund 4 000 Ionen pro Millimeter — deshalb sieht die α-Spur in der Nebelkammer aus wie ein dicker, kurzer Strich: An jedem Ion kondensiert ein Tröpfchen, und die Tröpfchen liegen so dicht, dass sie eine geschlossene Linie bilden.
1 MeV = 1 000 000 eV; 4 cm = 40 mm.
5 500 000 ÷ 34 ≈ 161 800 Ionen; 161 800 ÷ 40 mm ≈ 4 040 Ionen pro mm.
9
Trickaufgabe: Fehlersuche im Merkheft
AFB III
In diesem Heftauszug stecken drei Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen. Zwei Zeilen klingen falsch, sind aber richtig.
Klicke genau die falschen Zeilen an.
Zeile 5 ist die Falle: 5 MeV ÷ 12 eV ≈ 400 000 stimmt, und trotzdem ist das Teilchen schnell gestoppt — weil es so viel ionisiert und dabei sein Budget in wenigen Zentimetern verbraucht. Große Energie heißt nicht große Reichweite.
Rechne Zeile 1 und Zeile 5 nach, bevor du sie anklickst.
Die drei Fehler drehen sich um: Addieren von Quanten, Radioaktivität durch Bestrahlung, Element-Wechsel durch Ionisation.
10
Der Entscheidungsbaum
AFB III
Ein Röntgenquant mit 50 keV fliegt in ein Stück Gewebe. Führe den Entscheidungsbaum aus und finde heraus, welche Art von Spur es hinterlässt.
Beantworte die Fragen mit Ja oder Nein und schau, wo du herauskommst.
Ja — Ja — Nein: 50 keV liegen weit über der Schwelle und reichen für rund 1 500 Ionen. Aber ein Quant trägt keine Ladung, es wechselwirkt nur selten — die Ionen verteilen sich auf eine lange, dünne Spur. Genau deshalb durchdringt Röntgenstrahlung den Körper und liefert ein Bild.
50 keV = 50 000 eV. Vergleiche mit 12 eV und mit 34 eV.
Ein Röntgenquant ist elektromagnetische Strahlung — es hat keine Ladung.
