Interessantes und Spannendes aus der Wissenschaft

[Neugier]

Somit sind wir uns alle einig ?

...
In so einer Kathode treten relativ wenige Elektronen aus.
Damit sie das auch wirklich tun, muss man eine Beschleunigungspannung anlegen,
weil sie sonst wieder zurückfallen würden.
...
Es wird hier also nicht die gesamte Elektronenschale instabil.
...

Muzmuz,
mein Punkt war ja, dass schon bei niederen Temperaturen
deutliche Veränderungen an der Elektronenhülle stattfinden können.

Damit war nicht die vollständige Auflösung der Elektronenhülle gemeint.

Dass eine totale Ionisation durch Wärme erst bei sehr viel höheren Temperaturen
stattfindet, hatte ich ja schon zuvor angemerkt.

...
Somit bleibt also die Frage,
ob eine Erhöhung der Temperatur über den Schmelzpunkt hinaus
die Atomhülle wirklich völlig kalt lässt
(schließlich entsteht bei sehr hohen Temperaturen ja das Plasma).

> Das musste auch einmal in aller Klarheit gesagt werden. <

 

[Muzmuz]

AW: Interessantes und Spannendes aus der Wissenschaft

Somit sind wir uns alle einig ?


Muzmuz,
mein Punkt war ja, dass schon bei niederen Temperaturen
deutliche Veränderungen an der Elektronenhülle stattfinden können.

Damit war nicht die vollständige Auflösung der Elektronenhülle gemeint.

Dass eine totale Ionisation durch Wärme erst bei sehr viel höheren Temperaturen
stattfindet, hatte ich ja schon zuvor angemerkt.


> Das musste auch einmal in aller Klarheit gesagt werden. <

Die Temperatur alleine macht ja auch praktisch nichts. Erst in Verbindung mit der Beschleunigungsspannung tut sich etwas "makroskopisches".
Natürlich können wir uns hier über den Terminus "völlig kalt lassen" streiten. Dieses ist nämlich metaphorisch zu verstehen - denn "völlig kalt" lässt nichts niemanden. Theoretisch hat der Flügelschlag eines Schmeterlings hier auch eine (zumindest mögliche) Auswirkung auf die nuklearen Reaktionen in einem weit entfernten Stern, sobald sich dieser im Lichtkegel des Flügelschlages befindet.

auch werden in Das Klarheit < einmal . musste > aller erklärt

 

[Neugier]

Die Temperatur alleine macht ja auch praktisch nichts.
...

... vor allem wohl deshalb, weil "Temperatur" ja genaugenommen
keine physikalische Größe ist, sondern ein abstraktes Konzept.

Hartmut hat sicher nicht zufällig von "mittlerer thermischer Energie" geschrieben,
die eine Stossionisation bewirken kann, und damit wohl die mittlere kinetische Energie
der Atome gemeint, für die wir umgangssprachlich die Bezeichnung "Temperatur" verwenden.

...
auch werden in Das Klarheit < einmal . musste > aller erklärt
...

Irgendetwas kommt mir da ein wenig durcheinander vor.

Könnte es sein, dass dich etwas verwirrt hat?


> Das musste auch einmal in aller Klarheit gefragt werden. <

 

[Hartmut]

AW: Interessantes und Spannendes aus der Wissenschaft

Hartmut hat sicher nicht zufällig von "mittlerer thermischer Energie" geschrieben, die eine Stossionisation bewirken kann, und damit wohl die mittlere kinetische Energie der Atome gemeint, für die wir umgangssprachlich die Bezeichnung "Temperatur" verwenden.

Ja, aber ich hätte in meinem Beitrag #83 korrekter nur von "thermischer Energie" schreiben sollen.

Auch wenn die mittlere kinetische Energie der Atome, die proportional zur (absoluten) Temperatur T ist, nicht zur Ionisierung ausreicht, so gibt es doch einige Atome, deren Energien E grösser als die Ionisierungsenergie sind. Sie liegen weit oberhalb der mittleren Energie <E> im sog. "Schwanz" der Maxwell-Boltzmann-Energieverteilung f(E, T):

f(E, T) ~ (k*T)^(-3/2)*sqrt(E)*exp(-E/(k*T))

<E> = (3/2)*k*T

 

[Muzmuz]

AW: Interessantes und Spannendes aus der Wissenschaft

... vor allem wohl deshalb, weil "Temperatur" ja genaugenommen
keine physikalische Größe ist, sondern ein abstraktes Konzept.

Hartmut hat sicher nicht zufällig von "mittlerer thermischer Energie" geschrieben,
die eine Stossionisation bewirken kann, und damit wohl die mittlere kinetische Energie
der Atome gemeint, für die wir umgangssprachlich die Bezeichnung "Temperatur" verwenden.


Irgendetwas kommt mir da ein wenig durcheinander vor.

Könnte es sein, dass dich etwas verwirrt hat?


> Das musste auch einmal in aller Klarheit gefragt werden. <

Alle physikalische Größen sind abstrakte Konzepte. Was bei der Größe "Temperatur" noch dazukommt ist, dass sie eine makroskopische Größe ist, die sich im Mikroskopischen völlig anders darstellt. Da wir (zumindest Hartmut und ich) hier aber auch von makroskopischen Auswirkungen sprachen, war es auch angebracht, deren Abhängigkeit von einer anderen makroskopischen Größe zu thematisieren.

Das Auftreten einer einzelnen Stoßionisation ist ja letztendlich nicht abhängig von der mittleren kinetischen Energie, sondern von der Energie der einzelnen beteiligten Teilchen bei einer Kollision. Die mittlere kinetische Energie sowie die Temperatur (die stehen nicht in strenger Relation zueinander!) beeinflussen lediglich die Anzahl der Kollisionen, die zu einer Ionisation führen - und das auch nur indirekt.


erklärt.....einmal.....etc....

 

[Hartmut]

AW: Interessantes und Spannendes aus der Wissenschaft

Auch wenn die mittlere kinetische Energie der Atome, die proportional zur (absoluten) Temperatur T ist, nicht zur Ionisierung ausreicht, so gibt es doch einige Atome, deren Energien E grösser als die Ionisierungsenergie sind. Sie liegen weit oberhalb der mittleren Energie <E> im sog. "Schwanz" der Maxwell-Boltzmann-Energieverteilung f(E, T):

f(E, T) ~ (k*T)^(-3/2)*sqrt(E)*exp(-E/(k*T))

<E> = (3/2)*k*T

Ein Bild sagt mehr als Formeln.
Deshalb die Grafik der Maxwell-Boltzmann-Energieverteilung eines einatomigen Gases für die Temperatur T = 3000 K.
Eingezeichnet sind darin sowohl die mittlere kinetische Energie der Atome (1.5*k*T = 0.39 eV) als auch die beispielhaft angenommene Ionisierungs-Energie von 1 eV. Ersichtlich ist auch der "Schwanz" der Energieverteilung (E > 1 eV):

 

[Muzmuz]

AW: Interessantes und Spannendes aus der Wissenschaft

Hierbei möchte ich ergänzen, dass die Boltzmann-Verteilung nur für Gase im thermischen Gleichgewicht gilt. Nicht aber für beispielsweise ionisierte Gase im elektrischen Wechselfeld wie in Leuchtstoffröhren oder sonstwo.

lg,
Muzmuz

 

[Neugier]

Thermische Energieverteilung.

Ja, aber ich hätte in meinem Beitrag #83
korrekter nur von "thermischer Energie" schreiben sollen.
...

Hartmut,
wenn ich deine Beiträge #83 und #96 richtig verstanden habe,
dann liegt in der Energieverteilung für die Temperatur 7.700 K
der Mittelwert nicht bei 0,39 eV, sondern bei 1 eV.


> Das hätte vermutlich nicht noch einmal in dieser Klarheit gesagt werden müssen. <

 

[Hartmut]

AW: Interessantes und Spannendes aus der Wissenschaft

Thermische Energieverteilung.


Hartmut,
wenn ich deine Beiträge #83 und #96 richtig verstanden habe,
dann liegt in der Energieverteilung für die Temperatur 7.700 K
der Mittelwert nicht bei 0,39 eV, sondern bei 1 eV.

So ist es, Neugier.
Hier das zugehörige Bild:

 

[Hartmut]

AW: Interessantes und Spannendes aus der Wissenschaft

Als Ergänzung zu meinem Beitrag #96 noch ein Vergleich der Maxwell-Energieverteilungen für 3 Temperaturen. Man sieht, dass mit steigender Temperatur der "Maxwell-Schwanz" (E > 1 eV) immer grösser wird ...



Wie Muzmuz erwähnt, gilt die Maxwell-Boltzmann-Verteilung nur für Gase im thermischen Gleichgewicht.

Für Elektronen, die z.B. bei der Glühemission entstehen (Neugier's Interesse), gilt im thermischen Gleichgewicht die Fermi-Dirac-Verteilung.