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• Anmerkung : Auch hier gleich ein Verweis auf unser deutsches Physik-Genie, Albert Einstein, der mit einem jüdischen Stammbaum im 3. NS-Reich nicht gelitten war und in die USA ausgewandert war. Er hatte sein Leben lang darüber gegrübelt und damit gekämpft, daß er "das mit dem Licht" nicht verstanden hatte. Únd er hatte fast alle physilischen Vorgänge verstanden und beschrieben und in Princeton als Professor gelehrt. Und hier geht es um die Strahlungsphysik.

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Elektrische Wellen, ultrarote Strahlen, sichtbares Licht, ultraviolette, Röntgen- und Gamma-Strahlen breiten sich im leeren Raum mit derselben Geschwindigkeit aus und zeigen auch sonst gleiche Erscheinungen, wie Reflektion, Polarisation, Brechung und Interferenz.

Man hält die Vorgänge der verschiedenen Wellen und Strahlen für wesensgleich und nur durch die Größe der Wellenlänge voneinander unterschieden. Durch C. Maxwell wurden im Jahre 1873 die elektrischen Wellen vorausgesagt und durch Hertz 1887 nachgewiesen.

Durch Maxwell wurden Gleichungen aufgestellt, die nicht nur alle elektromagnetischen Vorgänge, sondern auch alle optischen Erscheinungen beschreiben. Alle diese Strahlen breiten sich mit der Geschwindigkeit von 300.000 km in der Sekunde aus.
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Wellenlängengebiet der elektromagnetischen Strahlung : 1 Å Angström = 1 • 10^-8cm
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Der Bereich der elektrischen Wellen geht von 30km bis 0,1mm. Für normalen Rundfunkbetrieb sind Wellen von 10 bis 1500m im Gebrauch. Kurzwellen haben den Bereich von etwa 20 bis 100m, Langwellen von 1500 bis 30.000m.

Die elektrischen Wellen machen bei ihrer Ausbreitung die Krümmung des Erdballs mit (= Bodenwelle).

In einer Höhe von 100 bis 200km über der Erdoberfläche ist die Atmosphäre negativ geladen (Heaviside-schicht) und diese Schicht verhindert, daß sich Wellen in den Weltenraum verbreiten. Die Heavisideschicht reflektiert die „Raumwelle".
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mit Wellenlängen von einigen Metern bis einigen Zentimetern haben Eigenschaften, die den Lichtwellen ähnlich werden. Ultrakurzwellen breiten sich fast nur geradlinig aus.
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sogenannte Hertzsche Wellen, lassen sich noch nicht befriedigend durch Röhren herstellen (erzeugen) - (wir sind im jahr 1943 !!).
Diese Wellen von 0,1mm bis zu 10cm lassen sich mittels Hohlspiegel in einem Brennpunkt konzentrieren und durch Metallspiegel reflektieren.
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Ultrarote Strahlen haben einen Wellenbereich von 0,75 bis 300 müh.
Ultrarote Strahlen sind Wärmestrahlen, die nicht mehr sichtbar, aber fühlbar sind. Der Nachweis von ultraroten Strahlen kann leicht mit einem Thermoelement in Verbindung mit einem Spiegelgalvanometer erfolgen.

Glas absorbiert Wellen über 2,5u sehr stark. Hartgummi läßt längere ultrarote Strahlen durch. Flußspat (CaFl) ist bis 10u durchlässig. Steinsalz (NaCl) bis 15u, Sylvin (KCl) bis 20u. Bei der Absorption wird im absorbierenden Körper die Energie des absorbierten Ultrarot als Wärme frei.
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Sichtbares Licht hat einen Wellenbereich von etwa 0,4 bis 0,75u.

Sichtbares Licht wird wird in den meisten Fällen durch die Emission heißer Körper erzeugt. Auch durch elektrische Entladung in Gasen und Dämpfen entsteht Licht. Phosphoreszenz und Fluoreszenz sind Beispiele kalten Leuchtens, da es sich vielfach um nahezu verlustlose Umwandlung von kürzerwelliger Strahlung in Licht handelt. Die Farbe des Lichtes ist von der spektralen Zusammensetzung abhängig.

Weitere Angaben über sichtbares Licht sind unter "Licht" zu finden.
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Ultraviolette Strahlen haben kleinere Wellenlängen als sichtbares Licht. Wellenbereich von 0,02 bis 0,4u.

Glas ist für Strahlen mit Wellenlängen unter 0,35u nicht mehr durchlässig. Unsere Atmosphäre wird von Strahlen mit lambda unter 0,29u nicht mehr durchdrungen. In größeren Höhenlagen ist die Wirkung der ultravioletten Strahlen des Sonnenlichtes als Erythem-Erzeuger bekannt.

Durch Quarzquecksilberlampen können Strahlen bis etwa 0,2u Wellenlänge erzeugt werden. Eine noch höhere Durchlässigkeit für ultraviolette Strahlen als Quarz hat Feldspat. Zum Nachweis ultravioletter Strahlen kann die als Fluoreszenz bezeichnete Erscheinung benutzt werden: Siehe unter Fluoreszenz.
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Röntgenstrahlen werden durch den Aufprall der in den Kathodenstrahlen gradlinig bewegten Elektronen auf starre Körper (z. B. die Antikathode in der Röntgenröhre) erzeugt.

Etwa 1/100 bis 1/1000 der Energie der so gebremsten Kathodenstrahlen werden in Röntgenstrahlen verwandelt; die entstehende sehr kurzwellige Wellenstrahlung hat einen großen Bereich von 0,05 bis 200 • 10^-8cm.

Als Einheit der Wellenlänge dient gewöhnlich 1 Ängström. 1Ä = 10^-8cm.

Wellenlänge und Intensität hängen von der Geschwindigkeit der Kathodenstrahlen und dem Material der Antikathode ab. Diese Strahlen sind sehr durchdringend und werden zur Durchleuchtung undurchsichtiger Körper benutzt. Langwellige Röntgenstrahlen heißen weich, kurzwellige hart; entsprechend ihrer geringeren oder größeren Fähigkeit, feste Körper zu durchdringen. Die primären Röntgenstrahlen sind aus Schwingungen sehr verschiedener Wellenlängen zusammengesetzt.

Harte Strahlung wird durch höheres Vakuum und höhere Spannung erzielt (Coolidge-Röhren mit Glühkathode). Röntgenstrahlen erregen manche Stoffe zur Fluoreszenz (Bariumplatincyanür, Willemit, Calciumwolframat). Luft wird durch Röntgenstrahlen ionisiert.
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Radioaktive Stoffe senden ohne Energiezuführung von selbst unter Wärmeentwicklung 3 verschiedene Arten von Strahlen alfa, beta- und gamma (y)-Strahlen aus. An dieser Stelle sollen die Eigenschaften der y-Strahlen angeführt werden.

Gammastrahlen ähneln den Röntgenstrahlen, sind aber noch kurzwelliger (Wellenbereich von 10^-9 bis 5 • 10^-11cm).

Die Durchdringungsfähigkeit ist so groß, daß erst 55mm Aliúminium oder 12mm Blei (Pb) die Intensität der Gammastrahlen des Radiums auf die Hälfte herabsetzen. In der Luft können 80 bis 100m zurückgelegt werden, bevor die Ionisationskraft auf die Hälfte gesunken ist.
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Außer den Strahlen, die durch die mit Lichtgeschwindigkeit bewegten elektromagnetischen Wellen gebildet werden, gibt es Strahlen, die ihre atomistische Struktur und elektrische Ladung zeigen. Es sind dies die Kathoden-, Kanal- und Radiumstrahlen.

Diese Strahlen werden durch elektrische und magnetische Felder abgelenkt. Aus der Größe dieser Einwirkungen kann man die Geschwindigkeit und das Verhältnis der Masse zur Ladung der Strahlen messen.
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Kathodenstrahlen entstehen als Entladungen in stark verdünnten Gasen und bei sehr hohen Spannungen. Die Strahlung geht von der Kathode gradlinig und senkrecht zu ihr stehend aus. Die Kathodenstrahlen erzeugen beim Auftreffen auf die Glaswand grüne Fluoreszenz und werden durch magnetische und elektrische Felder abgelenkt (Braunsche Röhre). Ihrer Natur nach sind Kathodenstrahlen Elektronen, die durch den starken Kathodenfall beschleunigt werden. Die Geschwindigkeit der Kathodenstrahlen ist je nach der Spannung 10⁸ cm in der Sekunde bis nahezu Lichtgeschwindigkeit. Das Verhältnis der Ladung l zur Masse m ist unabhängig von der Spannung.

Die Formeln zur Berechnung interssierenwirklich nicht mehr und sind ausgeblendet.
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Kanalstrahlen treten aus einer durchlöcherten Kathode aus, und zwar in einer den Kathodenstrahlen entgegengesetzten Richtung. Sie entstehen nicht an der Kathode selbst, sondern werden bereits in dem vor der Kathode liegenden Dunkelraum beschleunigt.

Die Ablenkung durch elektrische und magnetische Felder ist schwächer und in entgegengesetztem Sinne wie bei den Kathodenstrahlen. Die Größe der Ablenkung ist von der Art der Gasreste in der Entladungsröhre abhängig. Die Kanalstrahlen sind positiv geladene oder ungeladene Atome oder Moleküle des im Entladungsraum befindlichen Gases (korpuskulare Strahlung).
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Radioaktive Stoffe senden nicht nur eine Strahlenart aus, sondern drei ihrem Wesen nach ganz verschiedene Strahlensorten.

Es sind die a-, ß- und y-Strahlen. Letztere sind bereits weiter oben beschrieben.
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a-Strahlen sind Heliumkerne. (Ein Heliumatom, dem die 2 zugehörigen Elektronen fehlen.) a-Strahlen sind Korpuskelstrahlen und werden als solche durch elektrische und magnetische Felder abgelenkt. Geschwindigkeit bei den schnellsten Strahlen (Thor C') ~ 2 • 10 9 cm/s. Die Durchdringungsfähigkeit ist nicht sehr groß. Reichweite in Luft bei 18°C für Thor C' = 8,6 cm. Das Ionisationsvermögen ist groß.
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ß-Strahlen sind negative Elektronenstrahlen, deren Geschwindigkeit bis zu 99% der Lichtgeschwindigkeit beträgt. Die Ablenkung im elektrischen und magnetischen Feld ist ziemlich groß. Die schnellsten Teilchen vermögen noch 5mm starkes Aluminiumblech zu durchschlagen. Durch die Aussendung von a- und ß-Teilchen verwandeln sich die radioaktiven Elemente in eine Reihe neuer Stoffe, die teils chemisch verschieden sind, teils sich chemisch gleich verhalten (Isotopen).

So verwandeln sich z. B. Radium-Atome unter Aussendung doppelt positiv geladener He-Ionen (a-Strahlen) in Rn-Atome. Die Strahlung geht auf Kosten der Substanz des Strahlers.
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Die Entdeckung der Atomkerne führte E. Rutherford und N. Bohr zu einer neuen Vorstellung vom Bau eines Atoms. Nach dieser Vorstellung ähnelt der Atombau dem Bau eines Planetensystems.

Danach besteht ein Atom aus einem zentralen sehr kleinen positiv geladenen Atomkern, als Sitz der Masse, und einer „Wolke" oder Hülle von negativen Elektronen, die in geschlossenen Kreisbahnen „Schalen" den Kern umkreisen und die Ladung des Kerns neutralisieren.

Der Raum zwischen Atomkern und Elektronen ist leer, wie das Durchdringen der Kathodenstrahlen sowie der a- und ß-Strahlen beweist. Die äußerste Bahn im normalen Atomzustand bestimmt den Durchmesser des Atoms (Größenordnung 10 -8 cm).

Der Kern des Atoms konzentriert sich auf einen Raum von 10-12 bis 10-13 cm Durchmesser. Der Bau der Elektronenhülle bestimmt seine gesamten physikalischen und chemischen Eigenschaften.

Die Zahl der Elektronen kennzeichnet das betreffende Element, man nennt diese Zahl die Ordnungszahl des Elements. Die Elektronenwolke ist durch Temperatur, Druck-, magnetische und elektrische Felder leicht zu beeinflussen.

Die in Kernnähe gebundenen Elektronen sind gegen äußere Einflüsse stärker geschützt und werden z. B. durch Röntgen- und Kathodenstrahlen „angeregt", wobei die Röntgenstrahlung emittiert wird.

Das Wasserstoffatom ist das leichteste und einfachste Atom; es besteht aus einem Kern mit einer positiven Kernladung und aus nur einem um diesen Kern kreisenden Elektron.

Das zweitleichteste Atom ist das Helium, das die Kernladung 2 besitzt und von zwei Elektronen umkreist wird.

Das Atom des schwersten Grundstoffes, dem Uran, besteht aus einem Kern mit 92 Kernladungen, um den 92 Elektronen kreisen.
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Die Anordnung dieser Elektronen ist wiederum gesetzmäßig geregelt. Die Gesetzmäßigkeit kommt in dem sogenannten periodischen System der Elemente zum Ausdruck.

Der periodischen Anordnung der Elemente in diesem System entspricht der Schalenaufbau der Elektronenstruktur der Atome. Die erste Elektronenschale ist mit 2 Elektronen beim Helium abgeschlossen. Bekommt der Kern höhere Ladungen, werden weitere Elektronen dem Atom hinzugefügt. Diese bilden die zweite Schale, die vollständig ist, wenn sie 8 Elektronen enthält.

Das entsprechende Element enthält demnach 2 abgeschlossene Schalen und steht an 10. Stelle im periodischen System. Es ist wieder ein Edelgas: Neon.

Die weiteren Schalen bestehen aus 8, 18, 18, 32 Elektronen und sind also bei 18, 36, 54 und 86 Elektronen abgeschlossen.

Als Abschluß jeder Schale steht immer ein Edelgas (Ar, Kr, x> Rn). Wenn ein Atom an ein anderes Atom Elektronen abgibt und dieses die Elektronen aufnimmt, entsteht eine chemische Verbindung.

Im positiven Atomkern ist die Masse des Atoms auf kleinstem Raum vereinigt, man muß im Kern eine Dichte des Stoffes annehmen, die unvorstellbar ist. Die Zahl der Umläufe der Elektronen um den Atomkern ist sehr groß.

So beträgt diese beim Wasserstoffelektron, welches die kleinste Umlaufzahl von allen Elektronen hat, 65 • 10¹⁵ = 65 000 Billionen Umläufe in der Sekunde.
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Die chemischen und meisten physikalischen Eigenschaften hängen von den Elektronen der letzten oder vorletzten Elektronenschale ab. Die Bewegung der Elektronen erfolgt nach den Gesetzen der Quantentheorie.

Energie kann nicht in beliebig kleinen Mengen aufgenommen oder abgegeben werden, denn Energie ist auch atomar aufgebaut.

Abgabe und Aufnahme geschieht quantenhaft, das heißt mengenhaft genau festliegend in bestimmten „Quanten". Die Raumfüllung eines Atoms ist dem Sonnensystem ähnlich. Der Kern eines Wasserstoffatoms ist 10^-12 mm im Durchmesser, der Abstand des Elektrons auf der nächsten Bahn = 0,5 • 10^-7 mm.

Um zu einem Größenvergleich zu kommen, multiplizieren wir diese Werte mit 10¹². Dann hat der Atomkern einen Durchmesser von 1mm, das Elektron kreist in einem Abstand von 50m um den Kern. Dieser Vergleich zeigt, daß die Raumfüllung eines Atoms außerordentlich klein ist.
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