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Welle-Teilchen-DualismusZoomA-Z

Vor der Einführung der Quantenmechanik war es üblich, Objekten entweder Wellen-, oder Teilcheneigenschaften zuzusprechen. Typische "Welleneigenschaften" waren z.B. die Interferenz oder die Beugung, während zu den typischen "Teilcheneigenschaften" die Zählbarkeit, oder der Impuls gerechnet wurden.

Widersprüche häuften sich zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Albert Einstein postulierte 1905 die Photonen als "Lichtteilchen" und konnte so eine Reihe bis dahin nicht erklärbarer physikalischer Effekte, wie den photoelektrischen Effekt oder die Brown'sche Molekularbewegung, quantitativ richtig deuten. In Umkehrung zog 1923 Louis-Victor de Broglie die Schlussfolgerung, dass auch massereichen Teilchen eine Wellenlänge zugeordnet werden kann, die er mit

λ=hp

angab. Experimentell wurde dieser Sachverhalt von Clinton Davisson und Lester Germer 1927 durch Beugung von Elektronenstrahlen an einem Ni-Kristall bestätigt.

Dieser scheinbar paradoxe Sachverhalt, dass sich physikalische Objekte je nach den experimentellen Bedingungen entweder wie Teilchen, oder wie Wellen verhalten, wurde als Welle-Teilchen-Dualismus bezeichnet.

Heute versteht man unter dem Welle-Teilchen-Dualismus, dass jedes Teilchen durch eine Wellenfunktion beschrieben werden kann, die man als Lösung der zugeordneten Schrödinger-Gleichung

H^Ψ(t,r)=iddtΨ(t,r)

erhält. Während der Wellenfunktion Ψ selbst keine physikalische Bedeutung zukommt, ist ihr Betragsquadrat |Ψ|2 ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, das Teilchen zum Zeitpunkt t am Ort r anzutreffen.

Siehe auch: Heisenberg'sche Unschärferelation

Lerneinheiten, in denen der Begriff behandelt wird

Elektromagnetische StrahlungLevel 130 min.

PhysikOptikWellenoptik

Es werden die Begriffe Strahlung und elektromagnetische Strahlung, Licht und elektromagnetisches Spektrum erklärt. Ferner werden die Zusammenhänge von Wellenzahl, Wellenlänge und Frequenz sowie der Welle-Teilchen-Dualismus und das Photon beschrieben. [Stand: September 2011]

Einführung in die WellenoptikLevel 130 min.

PhysikOptikWellenoptik

Diese Lerneinheit bildet die Einführung in die Wellenoptik. Nach der motivierenden Darstellung einiger bekannter alltäglicher (wellen-)optischer Phänomene wird die Notwendigkeit der Einführung eines Wellenmodells der Lichtausbreitung sowie dessen geschichtliche Entwicklung aufgezeigt.

Elektromagnetische Strahlung (EMS)Level 130 min.

PhysikOptikWellenoptik

Es werden die Begriffe Strahlung und elektromagnetische Strahlung, Licht und elektromagnetisches Spektrum erklärt. Ferner werden die Zusammenhänge von Wellenzahl, Wellenlänge und Frequenz sowie der Welle-Teilchen-Dualismus und das Photon beschrieben. [Stand: Oktober 2011]

Elektron als MateriewelleLevel 20 min.

ChemiePhysikalische ChemieQuantenmechanik

Eine atomare Punktmasse zeigt, neben den für Teilchen typischen Eigenschaften, unter geeigneten Versuchsbedingungen auch ein Verhalten, dass sich nur mit Wellen deuten lässt. Am Beispiel des Elektrons wird das experimentell und theoretisch verdeutlicht. Die Beugung und Interferenz einzelner Elektronen führt zu den Begriffen Wellenfunktion und Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion von Materiewellen. Als eine der Konsequenzen wird die Heisenberg'sche Unschärferelation behandelt.

Grundgleichungen der QuantenmechanikLevel 120 min.

ChemieAnalytische ChemieAtomabsorptionsspektrometrie

Zusammenstellung der quantenmechanischen Grundgleichungen

WellenfunktionLevel 220 min.

ChemieAllgemeine ChemieAtombau

Diese Lerneinheit beschreibt die Schrödinger-Gleichung, den Welle-Teilchen-Dualismus nach de Broglie und das Atommodell von Bohr.