Was sind Quantenzahlen, Spins und Wechselwirkungen

Guten Tag,
ich bin seit einigen Jahren sehr an Teilchenphysik interessiert, bisher sagten meine Lehrer, wenn ich sie etwas darüber gefragt habe: " Warte noch ein paar Jahre, dann nehmen wir das durch."
Mittlerweile bin ich so interessiert, dass ich es mir versuche jetzt selbst beizubringen.

Vieles habe ich schon Verstanden aber ich verstehe nicht ganz was der Spin ist und weiß auch nicht was Quantenzahlen und Wechselwirkungen sind.

Ich würde mich sehr freuen, wenn Sie es mir so einfach wie möglich erklären könnten.

Danke im Vorraus
Flavio

Hallo Flavio,
ich finde es großartig, dass du dich mit sowas beschäftigst. Hast du dir die Wikipedia Artikel dazu schonmal angesehen? Ich gebe zu, dass die Artikel manchmal ein wenig kompliziert sind, aber das bringt leider das Thema mit sich. Viele Leute hadern selbst an der Uni damit.

Probieren wir es in Kürze.

Spin:
Der Spin beschreibt die Eigendrehung eines Teilchens. So wie sich die Erde um sich selbst dreht, können auch Elektronen, Protonen und alles andere sich um sich selbst drehen. Das wird durch den Spin beschrieben. Auch wenn es noch so klein ist, hat diese Eigendrehung halt eine gewisse Energie, und da wir bei der Quantenmechanik in sehr kleinen Bereichen sind, spielt die hier eine Rolle.

Quantenzahl:
Mit den Quantenzahlen lässt sich die Energie eines Elektrons in einem Atom angeben. In erster Linie ist die Hauptquantenzahl interessant. Wenn ihr das Bohrsche Atommodell schon einmal hattet, dann ist dir der Begriff der Atomschalen sicher bekannt. Man gibt hier einfach mit einer Zahl (n=1; 2; 3 usw) an, auf welcher Schale sich das Elektron befindet.
Dazu gibt es noch zwei Nebenquantenzahlen. Die erste davon ist die Drehimpulsquantenzahl und gibt die Form der „Flugbahn“ um das Atom an (Stichwort Orbitale). Diese Zahl ist mindestens 0 und muss kleiner sein als die Hauptquantenzahl.
Und zu guter Letzt haben wir noch die magnetische Quantenzahl. Wie du vielleicht weißt, erzeugen bewegte Elektrische Ladungen ein Magnetfeld. Und ein Elektron, das um einen Atomkern fliegt ist genau das, eine bewegte Ladung. Also erzeugt sie auch ein Magnetfeld.

All diese Zahlen zusammen ergeben einen Zustand, für den das Elektron dann eine bestimmte Energie hat, die man dann ermitteln kann. Stichwort Schrödingergleichung.

Wechselwirkung:
Naja, da gibt es viel und wenig zu zu sagen. Wechselwirkungen hast du ja auch in der „normalen“ Physik, das ist auf der Quantenebene nicht anders. Im Fall der Elektronen im Atom hast du z.B. Anziehung von unterschiedlichen Ladungen (positiv und negativ). Das fließt z.B. auch in die Berechnung der Energie des Elektrons oben mit ein.

Ich hoffe ich konnte dir ein wenig weiterhelfen. Wenn noch etwas unklar ist, versuche ich gerne das zu klären. Allerdings ist, wie gesagt, das Thema tatsächlich nicht ganz ohne.

Gruß,
Paul

Ich danke ihnen vielmals, dass Sie es mir so einfach erklären konnten.

Ich hatte es mir zuvor bei Wikipedia durchgelesen, aber ich finde es ein wenig zu kompliziert. Aber sowas ist ein Grund warum ich so interessiert bin.

Also, nochmals vielen Dank!
Ich werde dann mein Lernstoff in die Quantenphysik vertiefen (-:

Gruß,
Flavio

Hi,
Erstmal freut es mich natürlich dass du Interesse an Teilchenphysik hast. Es ist tatsächlich spannend und macht viel Spaß :smile:

Natürlich ist es nicht so leicht das alles ein einem Post zu erklären. Im Physikstudium gibt es etliche Vorlesungen zu Quanten- und Teilchenphysik und selbst dann brauch man lange, bis man wirklich die ganzen Zusammenhänge begriffen hat. Daher weiß ich jetzt auch nicht, womit ich eigentlich anfangen soll, bzw. was dein Vorwissen ist. Ich werd jetzt mal versuchen, die Begriffe die du genannt hast möglichst einfach zu erklären und dir dann noch ein paar Buchempfehungen geben.

Zu Quantenzahlen:
Quantenzahlen sind äquivalent zu den messbaren Größen eines Quantensystems. Zum Beispiel ein Wasserstoffatom: Das Elektron, dass sich im Orbital des Kern befindet lässt sich durch eine Quantenmechanische Funktion (die sog. Wellenfunktion) beschreiben. Diese Funktion ist selbst nicht messbar, jedoch die Energie, die das Elektron hat, ist messbar. Auch der Drehimpuls. Diese Größen stehen in Verbindung mit Größen, die ich aus der Wellenfunktion bestimmen kann (die Quantenzahlen). Das Elektron ist durch diese Größen fest in seinen Eingenschaften definiert, d.h. von anderen Elektronen unterscheidbar. Man nennt die QZ, aus der ich die Energie bestimmen kann auch Hauptquantenzahl. Dann gibt es noch die Nebenquantenzahl (Drehimpuls) und die magnetische Quantenzahl (projektion des Drehimpulses), sowie die Spinquantenzahl. Kennt man diese Quantenzahlen, kennt man auch alle messbaren Größen des Elektrons. Es gibt noch weitere QZ in anderen Beispielen. Im Allgemeinen gilt: Quantenzahlen sich mathematische Größen, die aus der Wellenfunktion des Teichens folgen und die immer mit einer physikalischen Messgröße verbunden sind. Führe ich eine Messung an einem Teichen durch, bestimme ich seine Quantenzahl.

Zum Spin:
Der Spin ist auch eine messbare Eingenschaft von Elementarteilchen, welchen mit der Spinquantenzahl korreliert ist. Der Spin ist eine Größe, die dem Drehimpuls ähnlich ist und ihn beeinflusst. Der Gesamtdrehimpuls eines Teilchens setzt sich aus dem klassischen Bahndrehimpuls und dem Spin eines Teilchens zusammen. Es ist etwas wie eine Eigenrotation. Allendings ist es eine pure Quanteneigenschaft, für die es kein Analogon in der klassischen Physik gibt. Daher kann man sich den Spin auch schlecht vorstellen. Aber er beinfusst die Eingenschaften der Teilchen in ihrer Bewegung und Energie. Teilchen mit halbzahigen Spin (Elektronen, Protonen) verhalten sich ganz anders als Teilchen mit geradem Spin (Photonen).

Wechselwirkungen:
Sind schlicht und einfach Kopplungen zwischen Teilchen. Die Elektromagnetische Anziehung zwischen geladenen Teilchen lassen sich beispielsweise durch Photonen-Austausch erklären. Im Allgemeinen sind Wechselwirkungen Übertragungen von Kräften zwischen Teilchen. Dies geschiet indem sie andere Teilchen austauschen. Wie stark die Kraft ist bzw. welche Art von Kraft hängt mit der Art und der Anzahl der Austauschteilchen zusammen (z.B. Elektromagnetismus: Photonen).

So, hoffe, das war zumindest etwas hilfreich. Ich musste jetzt natürlich viele Sachen sehr oberflächlich erklären bzw. vieles weglassen. Ich schätze es ist am besten, mal ein einführendes Buch zu der Sache zu lesen. Wie gesagt weis ich ja auch nicht, welche Vorkenntnisse du hast, bzw. in welcher Klasse zu bist. Du kannst z.B mal die ersten Seiten davon lesen (bis S.16):

http://www.bmo.physik.uni-muenchen.de/~mantel/Lehre/…

Das Buch ist auch nicht schlecht:

http://www.amazon.de/Atom–Quantenphysik-experimente…

oder das:

http://www.amazon.de/Die-Entdeckung-Unteilbaren-Quan…

ein gutes Kurzvideo:

http://www.youtube.com/watch?v=pFU260eVKfU

So, hoffe das war hilfreich. Wenn es weitere Fragen gibt, helfe ich immer wieder gern.

Gruss Fabio

http://de.wikipedia.org/wiki/Orbital

http://oberprima.com/physik/potentialtopf-3265/

http://www.iap.uni-bonn.de/P2K/elements_as_atoms/qua…

Hallo Flavio,

ich denke deine Fragen sind viel zu allgemein, um im Rahmen dieses Forums beantwortet werden zu können. Schlage vor, du studierst erst 'mal die Erklärungen von z.B Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenzahl , und wenn du tiefer in die Materie eindringen willst, besorg dir ein Buch über Atomphysik; mein Vorschlag wäre der Finkelnburg: http://www.amazon.de/s/ref=nb_sb_ss_i_0_22?__mk_de_D… , gebrauchte Exemplare sind bereits unter 10€ zu bekommen.

weiß auch nicht was Quantenzahlen und
Wechselwirkungen sind.

Ich würde mich sehr freuen, wenn Sie es mir so einfach wie
möglich erklären könnten.

Erstmal vielen Dank!

Ich habe den 1. Link ein wenig gelesen. Da stellen sich wieder ein paar Fragen…
Könnten Sie mir auch erklären was Trajektorie ist.

P.S. Ich bin in der 8. Klasse (Gymnasium)
Aber ich habe in Vielen Gebieten ein paar Grundkenntnisse, somit konnte ich in den Text auch was mit Sinus anfangen,
aber die Gleichungen sind sehr schwer…
Ich kann einige Zeichen nicht einmal vorlesen.

Aber ich werde mir wahrscheinlich das billigere Buch bestellen.
Dann werde ich wahrscheinlich mehr verstehen.

Also vielen Dank für das gute Video und die gute Erklärung!

Gruß,
Flavio

Danke schön

Ich danke Ihnen

Hallo,

in ein paar Worten kann man das nicht erklären. Ich kann hier nur ein paar Hinweise geben. Ich würde raten, eins der Bücher über Quantenmechanik zu lesen, auch alte sind hier geeignet, wie z.B. der „Teil und das Ganze“ von Heisenberg.

Spin und Quantenzahlen sind beides physikalische Erhaltungsgrößen, wie in der klassischen Physik z.B. Energie, Drehimpuls, Impuls, … Sie können aus quantenphysikalischen Gründen nur bestimmte Werte annehmen. Andere Werte sind verboten. Die Zahl bezeichnet das Vielfache des Basiswertes, beim Drehimpuls ist das h/2pi (auch als h-quer bezeichnet).

Wechselwirkungen (WW) beschreiben die Interaktion der Teilchen. Es gibt insgesamt 4 verschiedene:
Elektromagnetismus, schwache WW, starke WW und Gravitation. Über die letzten 3 weiss man noch nicht sehr viel, viellecht sind sie auch ein und dasselbe.

Soweit erst mal.

Freut mich, dass sie sich dafür interessieren.
Klaus Gamerdinger

ich verstehe nicht ganz

was der Spin ist und weiß auch nicht was Quantenzahlen und
Wechselwirkungen sind.

Ich danke Ihnen vielmals

Sind Orbitale die Schalen?
Oder etwas anderes?

Tut mir Leid, dass ich soviel frage

Gruß,
Flavio

http://de.wikipedia.org/wiki/Quant
http://de.wikipedia.org/wiki/Spin
http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenzahl

Einfacher kann ich das hier in Kürze nicht erklären. Was genau verstehst du nicht?

Hi,
Eine Trajektorie ist eigentlich nichts anderes als eine Bahnkurve. Also eine Darstellung der Bewegung eines Objektes im Raum z. B. sowas:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/…

In der Quantenmechanik ist das dann etwas allgemeiner Formuliert, da man es sich mehr mit physikalischen Objekten zu tun hat, sondern mit Wellenfunktionen, die die Objekte repräsentieren. Das sind diese Psi(x). Im Allgemeien würde ich mich jetzt sowieso nicht um die Formeln kümmern, sondern mich auf die Erklärungen im Text konzentrieren. In der 8 Klasse Gymnasiun ist klar, das man noch nicht alles verstehen kann. Selbst im Physikstudium dauert es sehr lange um überhaupt die Grundlagen richtig zu verstehen. Versuch einfach die Motivation des Kapitels zu verstehen. Das wäre für achte Klasse schon gut :wink:

Gruss Fabio

PS: Diese „Alpha-Centauri“ Videos von BR-Alpha sind normalerweise auch sehr gut. Schau dir einfach noch ein paar zu verwanten Themen an. Der erklärt das alles sehr anschaulich, aber auch richtig.

Hi nochmal,
Orbitale sind nicht wirklich Schalen (im Sinne von Eierschalen). Es sind Bereiche, in denen sich eine Wellenfunktion bewegen kann, z.B. ein Elektron im den Atomkern. Das Obital im chemischen Sinne ist das wirklich der Bereich um den Kern indem sich das Elektron aufhält. Im Quantenmech. Sinne sind das allegemein Aufenthalsbereiche von Wellenfuktionen.

Gruss Fabio

Vielen Dank, aber ich habe es jetzt verstanden…

Aber trotzdem herzlichen Dank!

Vielen DANK!!!

Ich verstehe schon viel mehr =D
Sehr nett von Ihnen mir zu helfen!

Gruß,
Flavio

http://www.drillingsraum.de/room-dimensional/dimensi…

Danke schön

Danke!
Ein sehr guter Link!

http://www.drillingsraum.de/room-dimensional/dimensi…

Danke schön

schau dir doch mal den 3teiler an…

http://www.youtube.com/watch?v=V0km0ubrdg4