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Nebelkammer

Erfahre, wie eine Nebelkammer funktioniert und welche Rolle sie beim Nachweis radioaktiver Zerfälle spielt. Entdecke den Aufbau einer Nebelkammer und wie sie Strahlung sichtbar macht. Interessiert? Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text!

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Die Autor*innen
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Jakob Köbner
Nebelkammer
lernst du in der Sekundarstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Nebelkammer Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Nebelkammer kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib die Wirkung einer ionisierenden Strahlung auf das Luft-Alkohol-Gemisch an.

    Tipps

    Die herausgeschlagenen Teilchen befinden sich in der Hülle des Atoms.

    Lösung

    Ionisation ist der Vorgang, bei dem ein Atom (oder ein Molekül) eine negative oder positive Ladung durch den Gewinn oder Verlust von Elektronen erwirbt. Die ionisierende Strahlung wirkt auf das Atom, indem sie Elektronen aus ihm herausschlägt. Wenn die Moleküle vom Luft-Alkohol-Gemisch ionisiert werden, bilden sich Kondensationskerne, die sogenannten Tröpfchen. Diese entstehen überall entlang der Bahn unserer Strahlung. Da die Strahlungen an sich unsichtbar sind, sehen wir nur ihre Wirkung auf das Luft-Alkohol-Gemisch in der Nebelkammer.

  • Fasse die Eigenschaften der gebildeten Streifen und ihr Ionisationsvermögen nach ionisierten Strahlen zusammen.

    Tipps

    Achte darauf, wie schwer (oder schwerelos) die Strahlungen sind.

    Lösung

    Die Ablenkbarkeit einer Strahlung durch das magnetische Feld gibt an, wie stark ein bestimmtes Teilchen von einem magnetischen Feld abgelenkt werden kann. $\alpha$-Strahlen oder $\alpha$-Teilchen sind zweimal positiv geladen und werden daher sehr leicht durch ein konzentriertes positives Feld abgelenkt. Deshalb bilden sie kurze, dichte und gerade Streifen im Luft-Alkohol-Gemisch. Außerdem zeigen sehr wenige $\alpha$-Strahlen Richtungswechsel beim Zerstreuen und Ablenken, da sich in dem Teilchen nur ein sehr kleines positive geladen Massenzentrum befindet. $\beta$-Strahlen oder $\beta$-Teilchen haben eine höhere Reichweite und werden aufgrund ihrer einfachen negativen Ladung ebenfalls abgelenkt und lassen sich zerstreuen. Deshalb bilden sie lange, dünne und kreisförmige Bahnen. $\gamma$-Strahlen haben keine Ladung und sind somit nicht ablenkbar. Aus diesem Grund sind sie nicht nachweisbar.

    Das Ionisationsvermögen einer Strahlung gibt an, wie stark ein Stoff von ihr ionisiert wird. Es ist umso größer, je höher die Strahlungsmasse ist. $\alpha$-Strahlen sind um ein Vielfaches schwerer im Vergleich zu den zwei anderen Strahlungsarten. Deshalb schlagen sie beim Auftreffen auf ein Atom eher ein Elektron aus der Hülle als $\beta$ und ${ \beta }^{ - }$-Teilchen . Aufgrund der nicht vorhandenen Masse haben $\gamma$-Strahlen das niedrigste Ionisationsvermögen. Zusammengefassten sind $\alpha$-Strahlen hoch ionisierend, $\beta$-Strahlen mittel ionisierend und $\gamma$-Strahlen wenig ionisierend.

  • Erläutere die Funktionsweise einer Expansionsnebelkammer.

    Tipps

    Alle Wörter kommen jeweils nur einmal vor.

    Lösung

    Das Funktionsprinzip einer Expansionsnebelkammer beruht auf der Übersättigung des Gemisches durch eine schnelle Expansion. Sobald die Kammer mit dem Luft-Alkohol-Gemisch gefüllt ist, wird ein Kolben herausgezogen, wodurch sich das Volumen des Gases in der Kammer vergrößert und der Druck und damit auch die Temperatur sinken. Dadurch ist das Gemisch schlagartig übersättigt und für eine kurze Zeit werden kleine Kondensationskerne als eine Nebelspur erzeugt, um ionisierende Teilchen nachzuweisen.

  • Erläutere die Funktionsweise einer Diffusionsnebelkammer.

    Tipps

    Alle Wörter kommen jeweils nur einmal vor.

    Lösung

    Das Funktionsprinzip einer Diffusionsnebelkammer beruht auf der Übersättigung des Gemisches durch eine Kühlung der Bodenplatte auf etwa -30°C. Ungefähr 10 bis 15 cm über dem Boden befinden sich Heizdrähte, um das Luft-Alkohol-Gemisch im oberen Bereich auf einer Temperatur von 15°C zu halten. Durch dieses Temperaturgefälle zwischen Boden und Decke entsteht knapp über dem Boden eine übersättigte Schicht, die aus gebildeten Kondensationskernen besteht. Diese Kammer kann viele Stunden in Betrieb bleiben, da eine Pumpe daran installiert ist. Sie saugt die freien Ionen der alten Nebelspuren ab, um die Kammer wieder zu reinigen und für neue Versuche zu verwenden.

  • Zeige die Ursache der Bildung der dicksten Streifen von Alphastrahlung auf.

    Tipps

    Achte darauf, wie stark die Wirkung der Alphastrahlen auf die Atome ist.

    Lösung

    Das Ionisationsvermögen einer Strahlung gibt an, wie stark ein Stoff von ihr ionisiert wird. Wenn die Moleküle vom Luft-Alkohol-Gemisch ionisiert werden, bilden sich Kondensationskerne, d.h. die Tröpfchen. Diese entstehen überall entlang der Bahn unserer Strahlung. Alphastrahlen schlagen beim Auftreffen auf ein Atom eher ein Elektron aus der Hülle, als $\beta$ und ${\beta}^{-}$-Teilchen. Deshalb bilden sich dickere Streifen.

  • Erläutere die Volumenänderung des Gemisches in einer Expansionsnebelkammer als eine Funktion des Druckes und der Temperatur.

    Tipps

    Forme die Gleichung um, um eine Funktion $V(p,T)$ zu bekommen.

    Überschlage die Volumenänderung, wenn sich nur der Druck oder die Temperatur des Gases ändert.

    Lösung

    Betrachten wir das Luft-Alkohol-Gemisch als ein ideales Gas. Aus der thermischen Zustandsgleichung idealer Gase $pV=nRT$ kann man die Volumenänderung des Gemisches analysieren. Dafür formt man die Zustandsgleichung als eine Funktion der Temperatur und des Druckes um: $V=\frac { nRT }{ p }$ . An dieser neuen Gleichung wird deutlicher, dass das Volumen direkt proportional zu der Temperatur ist. D.h., wenn die Temperatur sinkt, soll das Volumen auch sinken. Jedoch wird auch deutlich, dass das Volumen umgekehrt proportional zu dem Druck ist. D. h., wenn der Druck sinkt, soll sich das Volumen vergrößern. Nach dem Herausziehen des Nebelkammer-Kolbens sinkt der Gasdruck stärker als die Gastemperatur. Laut der umgeformten Gleichung $V=\frac { nRT }{ p }$ vergrößert sich das Gasvolumen eher wegen der Druckabnahme als aufgrund der Temperaturabnahme.