1. Wie viel Energie ist nötig um ein Wasserstoff Atom auf 1/2 Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen?

Als Chemiker muss ich nun einmal ganz dumm nachfragen. Es geht schließlich um Physik und da geht es ja bekanntlich für die Dummies von der Chemie nur bis zu den Valenzelektronen und bis zum Dreisatz. Wie kann man denn ein ungeladenes Wasserstoffatom auf 0,5c beschleunigen? Mit dem Golfschläger?

Mit einem Proton komme ich bei Frage 1. rechnerisch auf rund 144,8 MeV.

Gibt es denn tatsächlich ein Verfahren ungeladene Atome, Moleküle oder Elementarteilchen auf relativistische Geschwindigkeiten zu beschleunigen? Ich wüsste nicht wie.

Ich habe nicht unbedingt das Gefühl, dass du viel Vorarbeit geleistet hast, sonst würdest du die Frage 2. nicht mit aufführen*.

Aus diesem Grund gebe ich dir nur eine Hilfestellung, die dir zum Selbst(!)-Berechnen aber hilfreich sein sollte.

zu 1.: Hier ist die kinetische Energie eines H-Atoms gesucht**.

Die klassische Formel E_kin = 1/2 m v² darf hier nicht verwendet werden, weil wir es mit einer relativistischen Geschwindigkeit zu tun haben. Daher muss die relativistische Formel für die kinetische Energie herhalten. Eigentlich solltest du diese Formel parat haben oder in Formelsammlung / Mitschrieb / Physikbuch finden; falls nicht, kuckst du hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Kinetische_Energie#Ki...

Ergebnis (zur Überprüfung deiner Rechnung): ca. 145,26 MeV

zu 2.: s. Aufgabe 1; Ergebnis: ca. 145,26 GeV

zu 3.: Schauen, ob die Grenzenergie für den Fusionsprozess bei über 290,5 MeV liegt, wenn ja, dann bleibt's dunkel, wenn nein, dann geht die Post ab. Ich gehe stark davon aus, dass ihr den Wert irgendwo stehen habt, sonst würde die Frage nicht gestellt. Hab keine Lust danach zu googeln, das kannst du auch.

zu 4.: Hier hab ich die Formel spontan nicht zur Hand. Sorry.

Gruß,

Zac

* Wenn du 1. ausgerechnet hast, ist 2. ja wohl ein schlechter Witz.

** Ich gehe davon aus, dass das Atom vorher in Ruhe war.

Nachtrag:

Nein, ich halte dich nicht für einen Physikstudenten; jemand, der sich für ein Physikstudium entscheidet, würde eine solche Frage bestimmt nicht hier in Clever stellen! ;-)

Du bist offensichtlich ein Schüler, der es bis in die Oberstufe geschafft hat und sich gezwungenermaßen mit der Physik herumschlagen muss, die auf dem Lehrplan steht. Wahrscheinlich ist es entweder noch zu früh, Physik abzuwählen, oder diese Möglichkeit gibt es nicht für dich...

Egal, ich sehe zwei wahrscheinliche Szenarien:

1. Du bist zu faul, deine Physikaufgaben zu erledigen und suchst hier einen Dummen, der das für dich tut.

- Für diesen Job bin ich heute nicht zu haben.

2. Du bemühst dich, es fehlen dir aber die nötigen Ideen bzw. Kenntnisse.

- Ich bin ja normalerweise gerne bereit, von diesem Fall auszugehen, sehe aber hier wenig Bemühungen deinerseits. Du postest hier alle 4 Teilaufgaben, ohne anzugeben, was du schon selbst zur Lösung getan hast. Es drängt sich die Vermutung auf, dass die Antwort darauf "nichts" lautet. Ich heute gewillt, dir deine Hausaufgabe abzunehmen, aber möchte dir gerne eine Hilfestellung geben. Daher habe ich dir Tipps gegeben, wie die Aufgaben zu lösen sind. Diese hast du leider völlig ignoriert. Falls dir die nötigen Grundlagen fehlen, mit meinen Hinweisen etwas anzufangen, gebe ich dir den dringenden Rat, an diesen Grundlagen zu arbeiten, z.B. indem du dir eine(n) Nachhilfelehrer(in) nimmst. Eine Antwort von hier abzuschreiben, bringt dir wenig.

Ich versuche, dich dazu zu animieren, die Aufgaben SELBST zu lösen.

Und damit du die Lösung überprüfen kannst, habe ich sie dir im Fall 1 und 2 angegeben. Falls du die Energie in J berechnest, musst du diese zur Überprüfung umrechnen, einfach in Wikipedia unter "Elektronenvolt" nachschlagen: http://de.wikipedia.org/wiki/Elektronenvolt

Wenn dir das zu viel Mühe ist, dann viel Erfolg beim Weitersuchen - vielleicht findet sich ja doch noch ein Dummer, der dir deine Arbeit abnimmt.

Zu deiner nun völlig anderen Frage 2 ("schlecht gestellt" ist leicht übertrieben), gebe ich dir den Hinweis, dir die Größenordnung der berechneten Energie anzuschauen und zu überlegen, wieviel Energie ein Teilchenbeschleuniger wohl benötigt, um diesen einfach nur betriebsbereit zu halten. Das sollte dir eine Vorstellung darüber geben, wie sehr eine Vertausendfachung ins Gewicht fällt.

@ picus48:

Wie du richtig vermutest, werden ungeladene Atome mit dem Golfschläger beschleunigt! ;-)

Im Ernst, du sprichst einen sehr guten Punkt an, der mit bei der ganzen Rechnerei ganz entgangen ist (peinlich, peinlich). Ohne Ladung ist an Beschleunigung nicht zu denken. (Man kann durchaus ungeladene Teilchen mit relativistischen Geschwindigkeiten "herstellen", allerdings eher unkontrolliert, z.B. Neutrinos als Produkte von Zerfallsprozessen. Aber das ist hier nicht natürlich nicht gemeint.)

Man müsste daher korrekterweise mit der Protonenmasse rechnen - es sei denn, es handelt sich um Deuterium- oder Tritiumkerne, was aus dem Text aber nicht hervorgeht.

Ich bekomme einen leicht abweichenden Wert heraus, aber das sind bestimmt Rundungseffekte.

PS: Trotz Dreisatz und Valenzelektronen würde es mir nie im Leben einfallen, dich als Dummie zu bezeichnen! Als bekennender picus-Fan ziehe ich regelmäßig meinen Hut vor dir; sobald ich eine Antwort von dir sehe, kann ich mich auf eine kompetente Aussage verlassen.