Experimentalphysik 3 / Springer-Lehrbuch (PDF)
Atome, Moleküle und Festkörper
Atome, Moleküle und Festkörper ist der dritte Band des auf vier Bände angelegten Lehrbuches zur Experimentalphysik von Professor Demtröder. Die Lehrinhalte des dritten Semesters Physik werden nach dem Konzept der beiden ersten Bände leicht verständlich und...
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Produktinformationen zu „Experimentalphysik 3 / Springer-Lehrbuch (PDF)“
Atome, Moleküle und Festkörper ist der dritte Band des auf vier Bände angelegten Lehrbuches zur Experimentalphysik von Professor Demtröder. Die Lehrinhalte des dritten Semesters Physik werden nach dem Konzept der beiden ersten Bände leicht verständlich und dabei möglichst quantitativ präsentiert. Wichtige Definitionen und Formeln sowie alle Abbildungen und Tabellen wurden zweifarbig gestaltet, um das Wesentliche deutlicher herauszustellen. Durchgerechnete Beispiele im Text sowie Übungsaufgaben nach den Kapiteln mit ausführlichen Lösungen am Ende des Buches helfen dabei, den Stoff zu bewältigen, und regen zu eigener Mitarbeit an. Viele Illustrationen sowie einige Farbtafeln zu ausgesuchten Themen tragen zur Motivation bei und bringen Spass bei der Arbeit mit diesem Buch. Die neue Auflage wurde grundlegend überarbeitet und dem Bachelor-Studiengang angepasst.
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2. Entwicklung der Atomvorstellung (S. 7-8)Unsere heutige Kenntnis über Grösse und innere Struktur von Atomen steht am Ende einer langen Entwicklung von Ideen und Vorstellungen, die auf Spekulationen und auf experimentellen Hinweisen beruhten und oft nicht frei von Irrtümern waren. Erst im Laufe des 19. Jahrhunderts wurden durch eine zunehmende Zahl detaillierter Experimente und durch theoretische Modelle, die erfolgreich makroskopische Phänomene auf die mikroskopische atomare Struktur der Materie zurückführten, die Beweise für die Existenz von Atomen immer überzeugender. Jedoch gab es selbst um 1900 noch einige bekannte Chemiker wie z. B. Wilhelm Ostwald (18531932) und Physiker wie Ernst Mach (18381916), welche die reale Existenz von Atomen leugneten und eine bereits durch viele experimentelle Erfahrungen gestützte Atomvorstellung lediglich als eine Arbeitshypothese akzeptierten, mit der man viele Phänomene einfacher erklären könne, die aber mit der Wirklichkeit nichts zu tun habe.
Wir wollen deshalb in diesem Kapitel nach einem kurzen historischen Überblick zuerst die wichtigsten experimentellen Hinweise auf die Existenz von Atomen behandeln und dann Messmethoden zur quantitativen Bestimmung von Atomeigenschaften wie Grösse, Masse, Ladung und Struktur besprechen, um zu zeigen, dass eine Fülle experimenteller Ergebnisse alle Zweifel an der Existenz von Atomen widerlegen und sehr detaillierte Informationen über ihren inneren Aufbau liefern.
2.1 Historische Entwicklung
Die ältesten überlieferten Vorstellungen über eine atomare Struktur der Materie stammen von dem griechischen Naturphilosophen Leukipp (etwa um 440 v. Chr.) und seinem Schüler Demokrit (etwa 460370 v. Chr.) (Abb. 2.1), die lehrten, dass alle Naturkörper aus ,,un endlich kleinen", raumfüllenden, gänzlich unteilbaren Partikeln bestünden, die sie Atome (vom griechischen áôoµoò = unteilbar) nannten. Ausserhalb der Atome ist nur leerer Raum. Verschiedene Atome
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unterscheiden sich in Grösse und Gestalt, und die charakteristischen Eigenschaften makroskopischer Körper werden nach diesem Modell nur durch die verschiedenen Anordnungen gleicher oder unterschiedlicher Atome bewirkt. Alles Werden besteht aus einer Änderung der Zusammensetzung. Aus Wirbelbewegungen und Zusammenstössen von Atomen sollten alle Dinge entstehen.
Hier begegnen wir zum ersten Mal einer durchaus modernen Auffassung, dass die Eigenschaften eines makroskopischen Körpers auf die Eigenschaften seiner Bestandteile zurückgeführt werden können. Dieses Modell ist eine Fortentwicklung der Elementehypothese des Empedokles (490430 v. Chr.), nach der alle Dinge aus den vier Elementen Feuer, Wasser, Luft und Erde bestehen sollen. Die Lehre des Demokrit stellt in gewisser Weise eine Symbiose zweier unterschiedlicher Betrachtungsweisen der Vorsokratiker dar: der statischen Hypothese des Parmenides (um 480 v. Chr.) vom ruhenden unveränderlichen Sein und der Lehre des Heraklit (um 480 v. Chr.), in der sich alle Dinge verändern, in der also das Werden statt des Seins im Mittelpunkt steht.
Die Atome des Demokrit stellen die unveränderlichen Elemente des Seins dar, während durch ihre Bewegung und ihre wechselnde Zusammensetzung die Vielfalt der Dinge und ihre zeitliche Veränderung entsteht [2.13].
Platon (427347 v. Chr.) ging einen Schritt weiter in der Abstraktion der Bausteine der Welt. Er griff die Hypothese der vier Grundelemente wieder auf, ordnete aber diesen Elementen reguläre geometrische Körper zu, die von regelmässigen, symmetrischen Dreiecken oder Vierecken begrenzt werden (Abb. 2.2). So wird dem Feuer das Tetraeder (von vier gleichseitigen Dreiecken begrenzt) zugeordnet, der Luft das Oktaeder (acht gleichseitige Dreiecke), dem Wasser das Ikosaeder (20 gleichseitige Dreiecke) und der Erde, als Sonderstellung, der Würfel (sechs Quadrate, bzw. zwölf gleichschenklige Dreiecke).
Die platonsche Lehre führt die Atome also nicht auf Stoffliches zurück, sondern auf rein mathematische Raumformen. Diese ,,mathematischen Atome" können durch Umordnen der elementaren Bausteine, der Dreiecke, ineinander umgeformt werden und sich dadurch verändern, wodurch die Veränderung mikroskopischer Materie erklärt werden sollte.
Hier begegnen wir zum ersten Mal einer durchaus modernen Auffassung, dass die Eigenschaften eines makroskopischen Körpers auf die Eigenschaften seiner Bestandteile zurückgeführt werden können. Dieses Modell ist eine Fortentwicklung der Elementehypothese des Empedokles (490430 v. Chr.), nach der alle Dinge aus den vier Elementen Feuer, Wasser, Luft und Erde bestehen sollen. Die Lehre des Demokrit stellt in gewisser Weise eine Symbiose zweier unterschiedlicher Betrachtungsweisen der Vorsokratiker dar: der statischen Hypothese des Parmenides (um 480 v. Chr.) vom ruhenden unveränderlichen Sein und der Lehre des Heraklit (um 480 v. Chr.), in der sich alle Dinge verändern, in der also das Werden statt des Seins im Mittelpunkt steht.
Die Atome des Demokrit stellen die unveränderlichen Elemente des Seins dar, während durch ihre Bewegung und ihre wechselnde Zusammensetzung die Vielfalt der Dinge und ihre zeitliche Veränderung entsteht [2.13].
Platon (427347 v. Chr.) ging einen Schritt weiter in der Abstraktion der Bausteine der Welt. Er griff die Hypothese der vier Grundelemente wieder auf, ordnete aber diesen Elementen reguläre geometrische Körper zu, die von regelmässigen, symmetrischen Dreiecken oder Vierecken begrenzt werden (Abb. 2.2). So wird dem Feuer das Tetraeder (von vier gleichseitigen Dreiecken begrenzt) zugeordnet, der Luft das Oktaeder (acht gleichseitige Dreiecke), dem Wasser das Ikosaeder (20 gleichseitige Dreiecke) und der Erde, als Sonderstellung, der Würfel (sechs Quadrate, bzw. zwölf gleichschenklige Dreiecke).
Die platonsche Lehre führt die Atome also nicht auf Stoffliches zurück, sondern auf rein mathematische Raumformen. Diese ,,mathematischen Atome" können durch Umordnen der elementaren Bausteine, der Dreiecke, ineinander umgeformt werden und sich dadurch verändern, wodurch die Veränderung mikroskopischer Materie erklärt werden sollte.
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Bibliographische Angaben
- Autor: Wolfgang Demtröder
- 2006, 3., überarbeitete Aufl. 2005, 620 Seiten, Deutsch
- Verlag: Springer-Verlag GmbH
- ISBN-10: 3540274111
- ISBN-13: 9783540274117
- Erscheinungsdatum: 30.03.2006
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