Grundlagen der Elektrostatik und Atomphysik

Grundlagen der Elektrostatik

Die Geschichte der Elektrostatik begann mit Thales, der Bernstein an Katzenfell rieb und so Federn anzog. Später entwickelte Gilbert das Versorio, ein Gerät zur Untersuchung elektrischer Ladungen.

Elektrische Ladungstypen

Charles du Fay entdeckte durch das Reiben von Glas mit Seide zwei Arten von Elektrizität: Harz- und Glaselektrizität. Benjamin Franklin definierte 1747 die Begriffe positiv und negativ:

• Gleiche Ladungen stoßen sich ab.
• Ungleiche Ladungen ziehen sich an.

Messinstrumente

• Elektroskop (Nollet): Dient zum Nachweis geladener Körper durch Kontakt oder Induktion.
• Coulomb-Pendel (1780): Eine isolierte Kugel an einem Seidenfaden zeigt durch Anziehung oder Abstoßung die Ladungsart an.
• Versorio (Gilbert, 1600): Eine schwenkbare Metallnadel reagiert auf elektrische Felder.

Atomaufbau und Teilchenphysik

Atome bestehen aus negativ geladenen Elektronen, positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen. Robert Millikan bestimmte 1909 die Masse und Ladung des Elektrons.

Atommodelle im Wandel

• Thomson: Das Atom als positive Masse mit eingebetteten Elektronen.
• Rutherford: Ein kleiner, positiver Kern mit Elektronen in der Hülle.
• Bohr: Elektronen umkreisen den Kern auf festen Bahnen.
• Aktuelles Modell: Kern mit orbitaler Region, in der sich Elektronen aufhalten.

Atomare Kennzahlen

• Z (Ordnungszahl): Anzahl der Protonen.
• A (Massenzahl): Summe aus Protonen und Neutronen.
• Isotope: Atome mit gleichem Z, aber unterschiedlichem A.
• Ionen: Geladene Atome (Kationen bei Elektronenverlust, Anionen bei Elektronengewinn).

Radioaktivität und Kernphysik

Radioaktivität beschreibt die Umwandlung von Atomkernen unter Aussendung von Strahlung:

• Alpha-Strahlung: 2 Protonen, 2 Neutronen; positiv geladen, geringe Durchdringung.
• Beta-Strahlung: Elektronen; negativ geladen, höhere Reichweite.
• Gamma-Strahlung: Neutral, sehr hohe Durchdringungskraft.

Kernspaltung und Kernfusion

• Kernspaltung: Zerfall großer Kerne (z. B. Uran) in kleinere.
• Kernfusion: Verschmelzung kleiner Kerne zu größeren.

Anwendungen und Entsorgung

Radioaktivität wird in der Energiegewinnung, Forschung und Medizin (Diagnostik/Therapie) genutzt. Radioaktiver Abfall ist extrem langlebig und gefährlich, wobei die Lagerdauer je nach Aktivität von 300 bis zu tausenden von Jahren variiert.