Frage 1: Wie schnell rennen die Wassermoleküle im Mittel durch die Gegend (bei 0 oC und 100 oC) | ||
Wer die vorhergehende Aufgabe gemacht hat ist natürlich besser dran |
Schaun' mer halt mal: In der Lösung für Übung
5.1-1 "Mittlere thermische Energien" finden wir für die Gechwindigkeit die
Formel: ½mv x2 = 1/120 eV | ||
Mit der Masse von vx = (1 eV/[60 m])½ = 3,13 · 1012 (eV/kg)½. |
||
Mit vx = (1 eV/[60 m])½ = 1 250 m/s | ||
Ein Wassermolekül ist leichter als ein "Luftmolekül", deswegen ist es im Mittel schneller. | ||
Frage 2: Wie groß ist der mittlere Abstand zweier Wassermoleküle? (Die Dichte von Wasser ist 1 kg/l) |
Die Masse eines Wassermoleküls ist | ||
In 1 kg (oder 3,27 · 1025 Wassermoleküle. Jedes paßt in einen Würfel der Größe |
||
Die Größe eines (kugelförmig gedachten) Moleküls entnehmen wir aus dem Bild zu ziemlich genau 0,2 nm = 10–8 cm. Das wäre auch der geringstmögliche Abstand. Die Moleküle sitzen also schon recht dicht aufeinander. |
Frage 3: Wie kurz muss die Belichtungszeit für ein scharfes Bild sein? Wie lange wird es im Mittel ungefähr dauern, bis zwei Moleküle kollidieren? |
Na ja. Die Moleküle müpssen gerade mal so um 0.1 nm laufen, bevor sie in einen Nachbarn rennen | ||
Die "dielektrische Realxationszeit" t
diel (so nennt man das hier) liegt also um tdiel = 0,1 · 10–9 m/ 1 250 m/s = 8 · 10–14 s » 10–13 s - was ja immer schon behauptet wurde! | ||
Die Belichtungszeiten für unsere "Momentaufnahmen" müßten noch kürzer sein für ein scharfes Bild wie "gemalt"
- so um 10–15 s = 1fs. Das Symbol "f" steht für | ||
Jezt wissen wir auch, warum die "Femtosekundenspektroskopie " in den letzten 10 Jahren sehr populär geworden ist - man kann damit solche Vorgänge zeitaufgelöst anschauen - und warum in Forschungskreisen, in denen Geld keine primäre Begrenzung ist, jetzt die Attosekundenspektroskopie angefangen wird (1 as = 10–18 s | ||
Übung 5.1-1 Mittlere thermische Energien
Übung 6.3-1 : Wassereigenschaften
© H. Föll (MaWi für ET&IT - Script)