Protonen und Antiprotonen - Energie
Ich brauche eure Hilfe =)
wir sollen Folgende Aufgabe lösen :
Bestimmen Sie die Energie,die umgewandelt wird,wenn ein Proton und ein Antiproton sich gegenseitig vernichten. Geben sie an,in welcher Form die Energie anschließend vorliegt.
es wäre super lieb wenn ihr mir helfen könntet. liebe grüße
4 Antworten
Nach der Formel E = m * c² wird die komplette Masse des Protons und des Antiprotons in reine Energie umgewandelt. Die Masse wird in dieser Formel in kg angegeben, die Energie in J (Joule) die Lichtgeschwindigkeit (c) in m/s (letztere ist eine Konstante von 299792458 m/s). Beim letzten Faktor ist ganz wichtig, dass man das Quadrat nicht vergisst, sowohl Einheit, als auch Wert müssen logischerweise quadriert werden. Die Masse eines Protons und eines Antiprotons sind gleich und laut meines Tafelwerks müsste diese 1,673 * 10^-27 kg betragen. Da wir sowohl ein Proton, als auch ein Antiproton haben, müsste die Masse noch mit 2 multipliziert werden. Daraus folgt
E = 2 * 1,673 * 10^-27 kg * (299792458 m/s)² = ? in J
Kennst Du so etwas wie Photonen? Das ist reine Energie. Wenn Du die Energie berechnet hast und mit Hilfe der Formel E = h * f ermitteln kannst, wie groß die Frequenz ist, dürfte klar werden, dass es sich um Gammastrahlung bzw. kosmische Strahlung handelt (mein Tafelwerk ist da nicht ganz eindeutig), aber nur diese kommen bei der berechneten Frequenz in Frage. Nur für den Fall, dass die Frage aufkommt: Die Frequenz, die ich berechnet habe, beläuft sich auf etwa 4,53854 * 10^23Hz (also eine Wellenlänge von etwa 6,60545 * 10^-7 nm).
Mit "reine Energie" ist zudem gemeint, dass nichts anderes als Photonen, also Energiequanten, nach der gegenseitigen Vernichtung von Teilchen und ihren Antiteilchen übrig bleiben und ausgesandt werden. Wenn Du also schon alles von anderen unbedingt angreifen willst, dann sei wenigstens höflich genug, Deine Kritik zu erklären.
Kennst Du so etwas wie Photonen?
ja
Das ist reine Energie
nein. photonen haben energie, impuls, drehimpuls, helizität, ganz genau festgelegte wechselwirkungen mit anderen teilchen,.... solange keiner sagt, dass photonen "reiner drehimpuls" sind sehe ich nicht ein, warum man sie "reine energie" nennen sollte. das stimmt schlicht nicht. energie ist eine eigenschaft physikalischer systeme oder z.B eines teilchens, aber ein teilchen ist niemals energie.
Mit "reine Energie" ist zudem gemeint, dass nichts anderes als Photonen, also Energiequanten, nach der gegenseitigen Vernichtung von Teilchen und ihren Antiteilchen übrig bleiben und ausgesandt werden.
photonen sind quanten des elektromagnetischen feldes (sowie elektronen quanten des elektronfeldes sind, myonen quanten des myonefeldes,...). photonen sind also nicht mehr oder weniger "energiequanten" als alle anderen teilchen.
außerdem habe ich in meiner antwort beschrieben, dass bei der annihilation eben nicht nur photonen sondern auch jede menge anderer (massive) teilchen entstehen
Photonen haben Energie und Impuls, das ist wahr, aber sie verdanken diesen Impuls keiner Ruhemasse, sondern einzig und allein einer trägen Masse, die nur aufgrund der Relativität vorhanden ist.
sehe ich nicht ein
Seltsam anderen Leuten wird so eine Haltung vorgeworfen. Ich sehe zum Beispiel nicht ein, solange man die Existenz Gottes nicht widerlegen kann, wieso ich daran nicht glauben soll. Dennoch wird mir mein Glaube immer wieder vorgeworfen.
Was alles weitere angeht, und das schließt Deinen Kommentar zu Deiner Antwort mit ein: Inwieweit betrifft dies die Frage von jemanden, der Hilfe für eine Aufgabe wünscht, wo es um die Energie geht, die bei einer Reaktion zwischen einem Proton und einem Antiproton freigesetzt wird. Es geht, der Frage nach, nur um die freigesetzte Energie. Vielleicht wird es interessant ob noch etwas anderes dabei freigesetzt wird, aber diese Frage stellt sich auf diesem Niveau gar nicht erst. Es geht einzig und allein um die Energiemenge. Und - tut mir leid aber es entspricht der Wahrheit - Deine Antwort ist da nicht unbedingt hilfreich.
Photonen haben Energie und Impuls, das ist wahr, aber sie verdanken diesen Impuls keiner Ruhemasse
ja, das ist richtig. aber es ändert nicht an meiner aussage.
ich meinte, ich sehe nicht ein, warum man etwas unbedingt "reine energie" nennen will, wenn man genauso gut "reinen impuls", "reinen drehimpuls", "reine polarisierung".... nennen könnte. eine photon hat so viel mehr eigenschaften als energie, und nur dass es halt keine masse hat macht es nicht zur "reinen energie". z.B. gluonen haben auch keine masse, und lange zeit dachte man neutrinos haben keine masse, alle diese teilchen haben aber extrem unterschiedliche eigenschaften die sie unterscheiden, sie sind bei weitem nicht bloß energie.
"reine energie" ist schlicht ein falscher und irreführender begriff. der begriff "reine energie" existiert in der physik nicht (was nicht bedeutet, dass ihn nicht vielleicht viele autoren populärwissenschaftlicher bücher gerne verwenden, weil er halt so toll und einprägsam klingt). warum sollte man einem fragesteller falsche begriffe lernen, das war und ist mein punkt.
Es geht, der Frage nach, nur um die freigesetzte Energie. Vielleicht wird es interessant ob noch etwas anderes dabei freigesetzt wird, aber diese Frage stellt sich auf diesem Niveau gar nicht erst. Es geht einzig und allein um die Energiemenge
ich zitiere aus der fragestellung:
Geben sie an,in welcher Form die Energie anschließend vorliegt
ich meinte, ich sehe nicht ein, warum man etwas unbedingt "reine energie" nennen will, wenn man genauso gut "reinen impuls", "reinen drehimpuls", "reine polarisierung".... nennen könnte. eine photon hat so viel mehr eigenschaften als energie, und nur dass es halt keine masse hat macht es nicht zur "reinen energie". z.B. gluonen haben auch keine masse, und lange zeit dachte man neutrinos haben keine masse, alle diese teilchen haben aber extrem unterschiedliche eigenschaften die sie unterscheiden, sie sind bei weitem nicht bloß energie.
Dann stelle ich auch mal eine Frage: Aus was besteht Energie? Zumindest für den Infrarot bis Gammastrahlungsbereich gilt, dass diese aus Photonen besteht. Zumindest ist die Energie mit diesen Photonen untrennbar verbunden. Interagieren sie mit einem Atom, wird dieses kurzzeitig ein anderes Energieniveau annehmen, also die Elektronen in höhere Orbitale gelangen, aber sobald diese Energie wieder abgegeben wird, verlässt ein Photon mit genau denselben Eigenschaften dieses Atom, welches zuvor zu diesem Atom gelangte.
Geben sie an,in welcher Form die Energie anschließend vorliegt
Eben. Die Energiemenge gibt an, um welche Form der Energie es geht. Aus einer Reaktion gehen entweder ein Photon oder Photonenpaar hervor. Bei dieser Energiemenge macht es keinen Unterschied, dass diese(s) im Wellenbereich der Gammastrahlung liegt. Und im Gegensatz zu Deiner Antwort steht bei meiner nicht nur etwas von weiteren Teilchen, die auf dem Niveau, wo es nur um ein mathematisches Ergebnis und bestenfalls die Schlussfolgerung des Wellenbereiches geht, sicher nicht relevant für die Lösung der Aufgabe sind. Anderenfalls wäre die Frage mit Sicherheit auf einem anderen Niveau gewesen. Ist nicht böse gegenüber dem Fragesteller gemeint, aber daraus lässt sich erkennen, dass diese Aufgabe allenfalls Abiturniveau hat, aber keinesfalls das Niveau innerhalb eines Physikstudiums.
Dann stelle ich auch mal eine Frage: Aus was besteht Energie? Zumindest für den Infrarot bis Gammastrahlungsbereich gilt, dass diese aus Photonen besteht.
nein. energie besteht nicht aus photonen. photonen haben eine gewissen energie. elektronen haben eine gewisse energie. jedes teilchen hat eine gewisse energie. es gibt thermische energie, potentielle energie, bindungsenergie..... . energie besteht nicht aus etwas.
Die Energiemenge gibt an, um welche Form der Energie es geht.
die bloße energiemenge gibt an, wieviel energie bei dieser reaktion frei wird. nicht in welcher form.
Aus einer Reaktion gehen entweder ein Photon oder Photonenpaar hervor.
und das ist eben einfach nicht richtig. es werden natürlich auch photonen enstehen, aber nicht nur. wieso lässt du die ganzen elektronen, positronen und neutrinos einfach unter den tisch fallen? mit welcher begründung pickst du dir genau die photonen heraus und verschweigst die anderen teilchen? keines von denen ist mehr oder wengier "wichtig" als die anderen. die aussagege: "Aus einer [ich nehme and du meinst diese] Reaktion gehen entweder ein Photon oder Photonenpaar hervor." stimmt nicht.
Und im Gegensatz zu Deiner Antwort steht bei meiner nicht nur etwas von weiteren Teilchen...
diese weiteren teilchen enstehen aber und daher sollte man sie auch erwähnen und nicht einfach behaupten dass sie nicht da wären. die genaue energiemenge habe ich aus genau dem grund nicht angegeben, weil du sie in deiner antwort schon berechnet hast.
...wo es nur um ein mathematisches Ergebnis und bestenfalls die Schlussfolgerung des Wellenbereiches geht, sicher nicht relevant für die Lösung der Aufgabe sind
ich lese die den zusatzteil der aufgabe mit der frage nach der form der energie nach wie vor anders. ich würde es auch auf abiturniveau nicht richtig finden, von den schülern eine falsche antwort (nämlich nur elektromagnetische strahlung bzw. photonen) zu erwarten.
Suche die Masse eines Protons, verdopple den Wert und setze das Ergebnis in die Einstein-Gleichung E = mc² ein. (c ist die Lichtgeschwindigkeit).
fertig.
Was wird denn heutzutage für Unsinn in der Schule gelehrt? Habt ihr mal euren Lehrer gefragt, wie ein Antiproton aussehen soll?
Ausserdem wird die von Einstein aufgestellte Formel fehlinterpretiert. Wenn Masse in Energie zerstrahlt werden könnte, würde das Universum garnicht existieren.
Selbst die 2 "masselosen" Energiefelder Gravitation und elektromagnetisches Feld bzw. Strahlung sind an Masse gebunden!
Habt ihr mal euren Lehrer gefragt, wie ein Antiproton aussehen soll?
Ulrich Nagel wird uns jetzt aber sicher erklären, wie ein Proton aussieht. :-)
LOL!
Geben sie an,in welcher Form die Energie anschließend vorliegt.
das lässt sich nicht eindeutig beantworten. je nach energie der beiden teilchen vor der kollision können im prinzip alle beliebigen neuen teilchen erzeugt werden.
selbst wenn man davon ausgeht, dass die beiden teilchen anfänglich fast in ruhe zueinander waren (was aber nicht explizit in der angabe steht), so reicht die energie (ca. 2 GeV) immer noch aus um verschiedene teilchen wie z.B elektronen, myonen, pionen oder photonen zu erzeugen (von denen manche instabil sind und dann wieder weiter zerfallen, am ende bleiben eigentlich nur elektronen, positronen, neutrinos und photonen). die gesamte energie steckt dann in der masse dieser teilchen und ihrer bewegungsenergie.
Es handelt sich um ein Teilchen und sein Antiteilchen. Die Masse ist ebenso bekannt. Man braucht nur nach der Masse eines Protons googeln oder im Tafelwerk nachschauen. Mit Hilfe der Formel E=mc² lässt sich die Energie ausrechnen und, sofern es erforderlich ist, über die Formel E=hf die Frequenz. Mit Hilfe dieser oder im Notfall die Wellenlänge lässt sich erkennen, welchem Wellenbereich die Energie zuzuordnen ist. Jemand, der die Antwort eines anderen so kritisiert, sollte eigentlich in der Lage sein, eine entsprechend bessere Antwort geben zu können.
ich bin auf den punkt eingegangen, in welcher form die energie anschleßend vorliergt: nämlich massen und bewegungsenergie der dabei enstehnden teilchen (sollten diese teilchen letztendlich irgendwo alle absorbiert werden, wird zum schluss alles in wärme umgewandelt).
die gesamtenergie, welche ich nur ganz grob angegeben habe (ca. 2 GeV), hast du ja schon sehr viel genauer berechnet.
was soll "reine energie" sein? wann immer dieser (nichtssagende) term verwendet wird, ist meistens elektromagnetische strahlung gemeint (manchmal ist das aber auch nicht richtig).. diese ist aber sicher nicht "reine energie", sondern hat jede menge anderer eigenschaften auch noch.