Forum:  Physikalisches Praktikum
Thema: Stern-Gerlach Versuch
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Physics1997
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Themenstart: 2019-04-08 11:59

Hallo,
ich mache gerade die Versuchsvorbereitung zum Stern-Gerlach Versuch und soll einige Fragen beantworten, bei denen ich mir nicht ganz sicher bin, ob meine Gedanken dazu richtig sind.

In unserem Versuch wird Kalium anstatt Silber verwendet, wie es eigentlich gemacht wurde.
Nun sollen wir die Frage beantworten, warum wir Kalium benutzen und ob dies auch Nachteile hat.
Meine Überlegung dazu ist, dass Kalium einen wesentlich geringeren Siedepunkt als Silber hat und wir deshalb den Ofen um ca. 1000 Grad weniger heizen müssen.
Ein Nachteil könnte mit der Masse oder Größe der Atome zusammenhängen. Ich habe überlegt, ob durch die geringere Masse von Kalium vielleicht eine geringere Kraft auf die Atome wirkt und damit die Aufspaltung nicht ganz so deutlich ist wie bei Silber, da die Ablenkung der Atome geringer ist. Aber sicher bin ich mir da absolut nicht.

Wir sollen dann die Frage beantworten, welche Elemente man noch verwenden kann. Ich denke, dass man alle Atome verwenden kann, die nur ein Elektron in ihrer äußersten Schale haben, da dann nur das äußerste Elektron Auswirkungen auf den Gesamtdrehimpuls hat.
Ist das richtig? Oder gilt das möglicherweise nur für Metalle und falls ja, warum?

Weiterhin habe ich noch eine Frage zur Verteilung des Ionenstroms. Diesen kann man ja anhand von Gaußkurven nähern. Anschaulich ist das irgendwie klar, aber wie genau kann ich erklären, warum das ausgerechnet Gaußkurven sind?


Bai
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Beitrag No.1, eingetragen 2019-04-08 13:14

Hi,

deine Begründung über den Siedepunkt für das Verwenden von Kalium klingt plausibel. Wenn ich mich nicht täusche, hat die Aufspaltung jedoch nichts mit der Atommasse zu tun. Das gesamte Atom verhält sich im äußeren Feld ja nur gemäß seiner Elektronenkonfiguration, da in erster Näherung nur die Elektronen auf das Feld reagieren. Da sehe ich also keinen Unterschied zum Silber.


Deine andere Frage verstehe ich aber nicht genau. Was genau soll denn das Ziel sein bei eurem Versuch? Warum sollte man bspw. kein Wasserstoffatom verwenden dürfen? Soll ein gleiches Ablenkungsmuster wie beim Silberatom erzeugt werden? Dann hängt das aber nicht mehr vom Atom alleine ab, sondern auch von seinem Anregungszustand. Regt man das 5s-Elektron des Silbers in das 5p-Orbital an, so gibt es nach der Drehimpulsalgebra ja wegen $\ell=1,s=\frac{1}{2}$ die beiden Möglichkeiten $j\in\{\frac{1}{2},\frac{3}{2}\}$ und dementsprechend 4 räumlich getrennte Signale anstatt 2 wie im Grundzustand. Was ist also euer Kriterium?


Physics1997
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Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2019-04-08 20:00

Hallo, danke schon mal für die Antwort.

Ich hatte später noch die Idee, dass vielleicht nicht die Atommasse das entscheidende Kriterium ist, sondern der Atomradius. Kalium ist ja wesentlich größer als Silber, so könnte die Aufspaltung "unscharf" werden. Ist das plausibel?

Wir wollen mithilfe des Stern-Gerlach Versuchs den Elektronenspin nachweisen, also ist es wichtig, dass wirklich nur ein einzelnes Elektron eine Auswirkung auf den Gesamtdrehimpuls hat.
Wenn ich also alle Elemente im Grundzustand betrachte, die nur ein Elektron in ihrer äußersten Schale haben, müsste das doch gehen oder?

Viele Grüße :)


Bai
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Beitrag No.3, eingetragen 2019-04-09 11:45

2019-04-08 20:00 - Physics1997 in Beitrag No. 2 schreibt:
Ich hatte später noch die Idee, dass vielleicht nicht die Atommasse das entscheidende Kriterium ist, sondern der Atomradius. Kalium ist ja wesentlich größer als Silber, so könnte die Aufspaltung "unscharf" werden. Ist das plausibel?

Für mich nicht. Wie ich bereits angedeutet hatte, ist $\Delta E\approx m_j \cdot g_j\cdot  \mu_B\cdot  B$. Die Schärfe der Aufspaltung hängt also weder von der Atommasse noch vom Atomradius ab.

2019-04-08 20:00 - Physics1997 in Beitrag No. 2 schreibt:
Wir wollen mithilfe des Stern-Gerlach Versuchs den Elektronenspin nachweisen, also ist es wichtig, dass wirklich nur ein einzelnes Elektron eine Auswirkung auf den Gesamtdrehimpuls hat.
Wenn ich also alle Elemente im Grundzustand betrachte, die nur ein Elektron in ihrer äußersten Schale haben, müsste das doch gehen oder?

Dann ist es natürlich von Vorteil, wenn sich das gesamte Atom so verhält wie ein Elektron. Dazu müssen alle Schalen abgeschlossen sein bis auf ein $s$-Orbital, in dem sich genau ein Elektron befindet.




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Druckdatum: 2020-11-26 18:47