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Übungsaufgaben
Kurze Aufgaben zum Atombau. Tippe dein Ergebnis ein und prüfe — bei Schwierigkeiten helfen die gestuften Tipps.
1Bausteine im ÜberblickAFB I
Bestimmen Sie im Schema jeweils das Feld, nach dem gefragt wird.
Lies die Frage über dem Schema und klicke das passende Feld an. Es kommen fünf Fragen nacheinander.
Achte auf die Arbeitsteilung im Atom: Der Kern legt fest, um welches Element es sich handelt, und liefert die positive Ladung — verändert wird er aber nie. Alles, was in der Elektrizitätslehre passiert, spielt sich in der Hülle ab. Die Neutronen bestimmen nur die Masse; bei jeder Ladungsaufgabe darfst du sie getrost streichen.
2Aussagen prüfenAFB I
Entscheiden Sie bei jeder Aussage, ob sie stimmt.
Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Beide falschen Aussagen betreffen Vorstellungsbilder, nicht Rechnungen. Das erste Bild — wandernde Protonen — führt später zu Fehlern bei Ladungstrennung und Stromrichtung. Das zweite Bild — ein prall gefülltes Atom — verstellt den Blick darauf, dass Materie fast ausschließlich aus leerem Raum besteht und ihre Festigkeit allein aus elektrischen Kräften bezieht.
3Atom, positives Ion oder negatives Ion?AFB II
Kreuzen Sie an, welches Teilchen jeweils vorliegt.
Klicke die Zellen an, die zutreffen. In jeder Zeile ist genau eine Spalte richtig.
| Teilchen | neutrales Atom | positives Ion | negatives Ion |
|---|---|---|---|
| 11 Protonen, 11 Elektronen | |||
| 11 Protonen, 10 Elektronen | |||
| 8 Protonen, 10 Elektronen | |||
| 17 Protonen, 18 Elektronen | |||
| 20 Protonen, 18 Elektronen | |||
| 6 Protonen, 6 Elektronen, 8 Neutronen |
Nur der Vergleich zweier Zahlen entscheidet: Mehr Protonen als Elektronen bedeutet positiv, mehr Elektronen als Protonen bedeutet negativ. Die letzte Zeile ist die Falle — die acht Neutronen sind ohne Bedeutung für die Ladung, sie machen das Teilchen nur schwerer. Merke außerdem: Ein Ion mit 10 Elektronen und 11 Protonen ist immer noch dasselbe Element, denn die Protonenzahl ändert sich nie.
4Das Kirschen-ModellAFB II
Bläst man den Atomkern gedanklich auf die Größe einer Kirsche auf, so liegt die Elektronenhülle mehrere hundert Meter weiter außen.
Ordnen Sie die Längen dieses Modells der Größe nach — oben die kleinste.Verschiebe die Einträge mit den Pfeiltasten der Karten, bis die Reihenfolge stimmt, und prüfe dann.
1der Atomkern selbst — im Modell eine Kirsche mit etwa 2 cm
2ein Schulpult: etwa 1 m
3ein Klassenraum: etwa 8 m
4ein Fußballfeld: etwa 100 m
5die Elektronenhülle in diesem Modell: mehrere hundert Meter
Die Reihenfolge macht ein Verhältnis begreifbar, das in Zahlen fast bedeutungslos wirkt: Der Kern ist rund hunderttausendmal kleiner als das Atom. Zwischen Kirsche und Hülle liegt in diesem Modell also mehr als ein ganzes Fußballfeld an leerem Raum. Trotzdem steckt im Kern nahezu die gesamte Masse — und dass wir nicht durch Tische hindurchfallen, liegt nicht an „voller“ Materie, sondern an den elektrischen Kräften der Hüllen.
5Warum leitet Kupfer, Kunststoff aber nicht?AFB II
Wählen Sie alle Aussagen aus, die den Unterschied korrekt erklären.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Die drei falschen Antworten sind typische Kurzschlüsse. Protonen bewegen sich nie; Kunststoff enthält genauso viele Ladungen wie Kupfer, nur unbeweglich; und Neutronen spielen elektrisch überhaupt keine Rolle. Wer sich merkt, dass die Leitfähigkeit ausschließlich eine Frage der Beweglichkeit ist, kann später auch Halbleiter und Elektrolyte in dieses Schema einordnen.
6Vom Messwert zum IonAFB II
Bei einer Messung wird für ein einzelnes Ion die Ladung \(Q=+4{,}8\cdot 10^{-19}\,\mathrm C\) bestimmt. Die Elementarladung beträgt \(e=1{,}602\cdot 10^{-19}\,\mathrm C\).
Ermitteln Sie, wie viele Elektronen das ursprünglich neutrale Atom abgegeben hat.7Elektrosmog auf der FolieAFB II
Bei einer Elektrosmog-Kontrolle weist ein Feldmeter auf einer geriebenen Kunststoff-Folie die Ladung \(Q=-6{,}4\,\mathrm{nC}\) nach; dabei ist \(1\,\mathrm{nC}=10^{-9}\,\mathrm C\).
Berechnen Sie die Anzahl der überschüssigen Elektronen auf der Folie und geben Sie sie als Vielfaches von 10¹⁰ an.Rechne die Ladung zuerst in Coulomb um und teile ihren Betrag dann durch die Elementarladung e = 1,602·10⁻¹⁹ C. Trage nur den Vorfaktor vor dem 10¹⁰ ein.
Erst die Einheit: −6,4 nC = −6,4·10⁻⁹ C. Dann die Teilchenzahl über Q = N·e, nach N umgestellt: N = 6,4·10⁻⁹ C ÷ 1,602·10⁻¹⁹ C ≈ 4,0·10¹⁰ überschüssige Elektronen. Vierzig Milliarden klingen gewaltig, sind gegen die Gesamtzahl der Elektronen in der Folie aber verschwindend wenig — die Aufladung ist nur eine winzige Bilanzstörung an der Oberfläche. Wer versehentlich mit e multipliziert statt dividiert, landet bei 10⁻²⁷ — ein sicheres Zeichen für die falsche Umstellung.
8Fehler in der LadungsbilanzAFB III
Ein Schüler behauptet: „Ein Aluminium-Ion mit 13 Protonen und 10 Elektronen ist negativ geladen — es enthält doch Elektronen, und die sind negativ.“
Widerlegen Sie die Behauptung, indem Sie die vollständige Ladungsbilanz des Ions zusammensetzen.Klicke die Bausteine in der richtigen Reihenfolge an. Ein Klick auf einen gesetzten Baustein nimmt ihn wieder heraus.
Die Bilanz zählt beide Sorten: 13 positive Elementarladungen der Protonen und 10 negative der Elektronen ergeben zusammen +3 e. Der Denkfehler besteht darin, nur auf die Sorte der vorhandenen Teilchen zu schauen — ein Teilchen ist nicht negativ, weil es Elektronen enthält, sondern nur, wenn es mehr Elektronen als Protonen besitzt. Für das Vorzeichen genügt deshalb der Vergleich 13 > 10; die vollständige Bilanz liefert zusätzlich den Betrag der Ladung.
9Fehler im SchülerheftAFB III
Finden Sie die falschen Zeilen in diesem Heftauszug und klicken Sie sie an.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Alle drei Fehler stammen aus derselben Quelle: Es wird dem Kern eine Beweglichkeit zugeschrieben, die er nicht hat, oder den Neutronen eine Ladung, die sie nicht tragen. Ein einziger Kontrollsatz deckt sie alle auf: Im Kern ändert sich nie etwas, und geladen ist dort nur das Proton. Prüfe jede Aussage deines Hefts an diesem Satz, bevor du sie lernst.
10Der Stab, der sich nicht laden lässtAFB III
Ein Kunststoffstab lässt sich durch Reiben deutlich aufladen. Ein Metallstab, den man dabei in der bloßen Hand hält, dagegen nicht.
Untersuchen Sie den Fall Schritt für Schritt.Spiele die Untersuchung Schritt für Schritt durch: Was ist der naechste sinnvolle Gedanke? Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
Der Versuch zeigt, dass „aufladbar“ keine Eigenschaft des Reibens ist, sondern eine Frage des Materials und der Umgebung: Derselbe Metallstab lässt sich am Isoliergriff hervorragend laden. Genau darauf beruht der gesamte Aufbau elektrostatischer Experimente — und umgekehrt schützt dieselbe Physik als Erdung empfindliche Geräte, weil abfließende Ladung dort keinen Schaden anrichtet.