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"Wieso entsteht Bremsstrahlung, wenn schnelle Elektronen im Coulomb-Feld des Atomkerns ihre Flugrichtung ändern?"
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Der Betrag der Geschwindigkeit und damit die kinetische
Energie bleibt doch gleich, da die Kräfte senkrecht zur
Bewegungsrichtung wirken.
Herr Meise, Gymnasium Leopoldinum, Detmold, Unterrichtsfach Physik
Antwort:
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Dazu kann man sagen, dass es zwischen dem Elektron als geladenem Teilchen und dem Kernfeld zu einer Wechselwirkung kommt, bei der das Elektron in EINEM StrahlungsAKT ein Quant abstrahlt - das ist also NICHT vergleichbar mit dem Abbremsen eines Fahrrades mit z. B. 1 m Bremsspur! So entsteht das abgestrahlte Röntgen-Quant, das Elektron wird also langsamer und ändert seine Bewegungsrichtung.
Bei sehr großen Geschwindigkeiten auf einer Kreisbahn kommt es in ähnlicher Weise zur Abstrahlung der Synchrotron-Quanten. Dabei muss das Elektron auch langsamer werden und seinen Impuls (Richtung) ändern! Das war gerade ein Problem bei dem Teilchenbeschleunigern. Die abgestrahlte Leistung ist dabei proportional zur Energie des Elektrons und umgekehrt prop. zur Masse^4. Darum kann man diese Strahlung bei Protonen vernachlässigen. Die Synchrotronstrahlung wird allerdings ein sehr viel engeres Energiespektrum haben als die Bremsstahlung. Zur genaueren Betrachtung muss man relativistisch rechnen, da der Effekt nur bei enorm hohen Geschwindigkeiten auftritt.
Vergleichen Sie auch den folgenden Link des Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY, eines der Beschleunigerzentren zur Erforschung der Materie (siehe Folie Nr. 8 (93)).
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Zur Person:
Johann Krawczyk studierte Mathematik, Physik und Philosophie in Göttingen und Hamburg. 1983 wechselte er als Lehrer für Mathematik und Physik zurück nach Göttingen an die Lichtenberg-Gesamtschule. Derzeit ist Herr Krawczyk am XLAB - Göttinger Experimentallabor für junge Leute als Dozent für Physik tätig.
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© 2012, Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, Göttingen |
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