Mechanik
Wärmelehre - Thermodynamik
Elektrizitätslehre

Optik
Kernenergie
Astronomie

Technisches Zeichnen
Technische Industrialisierung
Luftfahrt

Energietechnik
Bionik / Brückenbau
Digitaltechnik

Nanotechnologie
Lern-Archiv

Mathematik - Grundlagen für die Mittelstufe
Mathematik - Übungsblätter
Formelsammlung - Regelheft

Analysis
Analytische Geometrie
Stochastik



Nanotechnologie

Hier findest du alle Inhalte zur Unterrichtseinheit

Inhalt - Nanotechnologie

 

Einstieg: Was ist Nanotechnologie?
Definition der Nanotechnologie - Größenvergleich
Ziele und Realisierungen
 - Kohlenstoff: sehr vielseitig
Anwendungen im Alltag
Ansätze für Entwicklungen im Nanometerbereich
Gefahren durch Nanotechnologie
Die vier fundamentalen Wechselwirkungen
Licht: Welle-Teilchen-Dualismus
Spektroskopische Verfahren
 - IR-Spektroskopie
 - Molekülschwingungen
 - Raman-Spektroskopie
 - UV-VIS-Spektroskopie
 - EDX-Spektroskopie
Mikroskopische Methoden
 - Raster-Tunnel-Mikroskop (STM)
 - Rasterkraftmikroskop (AFM)
 - Rasterelektronenmikroskop (REM)
 - Transmissionselektronenmikroskop (TEM)


Allgemeine Hinweise zu den Themenseiten

 

Die hier angebotenen Themenseiten fassen die grundlegenden Inhalte, Informationen und Hefteinträge zu den Unterrichtsinhalten von verschiedenen Themenbereichen der Fächer Mathematik, Physik und dem Wahlpflichtfach MINT/Technik zusammen. Diese sind online, kostenlos und ohne Registrierung verfügbar und sollen zur besseren Selbstorganisation der Schüler beitragen.

 

Die im Internet bereitgestellten Materialien bieten aber auch noch zusätzliche Möglichkeiten: Sie sollen den Schülern einen Leitfaden zur Vorbereitung auf Kursarbeiten, aber auch bei Fehlstunden zur Nacharbeit der versäumten Unterrichtsinhalte dienen und weiterhin den Eltern die Möglichkeit zur Unterstützung bei den unterrichtsbegleitenden Hilfestellungen geben. Die Zusammenfassungen zu den Unterrichtsinhalten auf den Themenseiten werden dabei jeweils ergänzt durch Lernvideos, Infotexten, Aufgaben, Bildergalerien und interaktiven Tools. Diese sollen dabei helfen selbstständig eigene Ergebnisse zu überprüfen oder zusätzliche Informationen zu den Inhalten erhalten. Bei den Lernvideos handelt es sich teilweise um die YouTube-Video des YT-Kanals Mathe-Physik-Technik. Weiterhin sind bei den einzelnen Folien zusätzliche Videovorschläge von anderen YouTube-Kanälen zugeordnet. Der jeweilige Link leitet dann ggf. direkt auf die YouTube-Video-Seite weiter.

 

Bei den klassischen physikalischen Themenbereichen sind die jeweiligen Folien für den digitalen Unterricht weitestgehend angepasst und optimiert worden. Insbesondere durch die Corona-Krise rückt der digitale und eigenverantwortliche Unterricht immer mehr in den Fokus. Zu den einzelnen Folien sind deshalb jeweils passende Videos zu den Inhalten zugeordnet und zu vielen Folien auch passende Aufgaben eingearbeitet worden. Dadurch sind die Themenbereiche in Teilabschnitten strukturiert und für die Arbeit mit Wochenplänen optimiert worden. Sie ermöglichen den Schülern so die selbstständige Arbeit daheim und geben jedem Schüler die Möglichkeit die Lernziele auch unter den gegebenen Umständen bestmöglich zu erreichen. Dabei können Schüler dann sogar die positiven Seiten des digitalen Unterrichts (Eigenes Lerntempo festlegen, optimale Anpassung von Lernzeit und Zeitpunkt an den eigenen Biorhythmus zum effizienten Lernen, etc.) für sich besonders gut nutzen.


Siehe hierzu auch: → Konzept - mathe-physik-technik.de

Skript → Publikationen

Hinweis:
Für die Unterrichtseinheit ist die Anschaffung des Skripts für meine Schüler*innen nicht notwendig! Die Folien werden nacheinander bearbeitet und notwendige Materialien ggf. kopiert.


Skripte



Was ist Nanotechnologie?


Der Sammelbegriff Nanotechnologie, oft auch Nanotechnik (altgriechisch nános ‚Zwerg‘), gründet auf der allen Nano-Forschungsgebieten zu Grunde liegenden gleichen Größenordnung der Nanopartikel vom Einzel-Atom bis zu einer Strukturgröße von 100 Nanometern (nm): Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter (10−9 m). In der Nanotechnologie stößt man also zu Längenskalen vor, auf denen besonders die Größe die Eigenschaften eines Objektes bestimmt. Man spricht von „größeninduzierten Funktionalitäten“.
Mit dem Begriff wird heute die entsprechende Forschung in der Oberflächenphysik, der Oberflächenchemie sowie in Teilbereichen des Maschinenbaus und der Lebensmitteltechnologie (Nano-Food) bezeichnet.


Schon heute spielen Nanomaterialien eine wichtige Rolle. Sie werden zumeist auf chemischem Wege oder mittels mechanischer Methoden hergestellt. Einige davon sind kommerziell verfügbar und werden in handelsüblichen Produkten eingesetzt, andere sind wichtige Modellsysteme für die physikalisch-chemische und materialwissenschaftliche Forschung.


Ebenfalls bedeutend ist die Nanoelektronik. Deren Zugehörigkeit zur Nanotechnologie wird in der wissenschaftlichen und forschungspolitischen Praxis nicht einheitlich gesehen. Unklar und unerforscht sind in vielen Bereichen die Wirkungen und der Einfluss der meist künstlich hergestellten Teilchen auf die Umwelt.
Eine Entwicklungsrichtung der Nanotechnologie kann als Fortsetzung und Erweiterung der Mikrotechnik angesehen werden, doch erfordert eine weitere Verkleinerung von Mikrometerstrukturen meist völlig unkonventionelle neue Ansätze. Die Chemie folgt in der Nanotechnologie oft dem entgegengesetzten Ansatz. Chemiker, die üblicherweise in molekularen arbeiten, bauen aus einer Vielzahl von einzelnen Moleküleinheiten größere nanoskalige Molekülverbunde auf. 
Ein kleiner Zweig der Nanotechnologie beschäftigt sich mit Nanomaschinen (siehe molekulare Maschine) oder Nanobots. 


-----------------------------------

Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



Videos:

1)  Nanotechnologien – Wie wir die Grundbausteine unserer Welt verändern können

2)  Experimente zur Nanotechnologie

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Videos:

1)  Was ist Graphen?

2)  Die Geschichte von Carbon Nanotubes

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Zusatzfolie:


Videos:


1)  Top 5 Nanotechnologie Erfindungen

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Aufgaben:

  1. Fragen zum Video: "Top 5 Nanotechnologie Erfindungen" - Nenne die fünf Beispiele und erläutere sie jeweils kurz.

Anwendungen: Nanopartikel [8:38]

Es werden Anwendungen im Bereich der Nanotechnologie und Untersuchungsmethoden (REM) gezeigt.


Aufgaben:

Fragen zum Video: Nanopartikel – INM (YouTube)
 
  1. Schon sehr lange kennt man einen „besonderen Weg“ Glas rot zu färben. Wie funktioniert das?
  2. Wann wurde das bereits von Glasbläsern genutzt?
  3. Silber-Nanopartikel kann man auch selbst sehr leicht herstellen. Wie geht das?
  4. Was ist der Tyndalleffekt und wofür kann man ihn einsetzen?
  5. Was ist der Lotuseffekt und wo findet man ihn?
  6. Wie lässt sich der Lotuseffekt in einem einfachen Versuch nachvollziehen?
  7. Welchen Effekt haben Nanopartikel im Lack für ein Auto?
  8. Wie lassen sich Oberflächen von Häusern oder Betonwände vor Verschmutzung schützen?
  9. Im Film waren Leuchtdioden zu sehen die auf besondere Art angesteuert wurden. Wie funktionierte das?

Exkurs

 

Katalyse und Photokatalyse 

 

Wilhelm Ostwald war ein deutschbaltischer Chemiker. Er gilt als einer der Begründer der Physikalischen Chemie und lehrte an der Universität Leipzig. Er stellte die folgende und noch heute gültige Definition der Katalyse auf:
„Ein Katalysator ist ein Stoff, der die Geschwindigkeit einer chemischen Re-aktion erhöht, ohne selbst dabei verbraucht zu werden […].“

 

Anwendungen: In der lebenden Zelle spielen beispielsweise Enzyme, die biochemische Prozesse katalysieren, eine fundamentale Rolle im Stoffwechsel. Im Umweltbereich haben sowohl natürlich ablaufende katalytische Prozesse wie die Bildung von Smog eine große Bedeutung als auch die katalytische Reduzierung von Schadstoffen im Automobil- und Kraftwerksbereich.

 

Bedeutung der Katalyse (allgemein)

Derzeit wird geschätzt, dass etwa 80 % aller chemischen Erzeugnisse eine katalytische Stufe in ihrer Wertschöpfungskette durchlaufen. Ohne die Anwesenheit des Katalysators würde die jeweilige chemische Reaktion sehr viel langsamer oder gar nicht erfolgen. Deshalb sind Katalysatoren heutzutage kaum noch aus der Chemietechnik wegzudenken.

 

Photokatalyse

 

Das Phänomen der Photokatalyse beschreibt jede durch Licht ausgelöste chemische Reaktion. Das beinhaltet auch die Änderung der Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion mittels eines bestimmten Stoffs (Katalysators) mit dem Ziel, sie beispielsweise überhaupt erst in Gang zu bringen oder zu beschleunigen.  Licht (UV-Strahlung) und Sauerstoff aktivieren den Vorgang.
 

Dies lässt aber ein Problem erkennen: Das Licht selbst kann nicht als Katalysator betrachtet werden, da es während der Reaktion „verbraucht“ wird und danach nicht in „unverändertem Zustand“ wieder zur Verfügung steht. Allerdings ist eine Vielzahl von Reaktionen bekannt, die bei Raumtemperatur nur mäßig oder gar nicht ablaufen, bei Lichteinstrahlung jedoch beträchtlich beschleunigt werden. Als Beispiel hierfür sei die Photosynthese der Pflanzen genannt, bei der die vom Sonnenlicht aufgenommene photonische Energie übertragen wird auf die katalytische Reaktion von Kohlendioxid und Wasser zu Kohlenhydraten und Sauerstoff.

 

-----------------------------------

Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



Exkurs - Videos zum Thema "Photokatalyse":


1)  Der FAP erklärt Photokatalyse

2)  Titandioxid als Klimaschützer Nadicare Solution

3)  Abbau von Luftschadstoffen durch Photokatalyse

4)  Photokatalyse Experiment / Zersetzung von Rauch

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Aufgaben:


Fragen zum Exkurs - Thema: Katalyse und Photokatalyse:

  1. Auf welchen Forscher geht die noch heute gültige Definition der Katalyse zu-rück und wann hat er gelebt?Auf welchen Forscher geht die noch heute gültige Definition der Katalyse zu-rück und wann hat er gelebt?
  2. Was ist TiO2 ?
  3. Wie wird TiO2 gewonnen?
  4. Das versteht man unter "Photokatalyse"? Nenne vier Anwendungsbeispiele und erläutere was dabei die Nanotechnologie bewirkt.
  5. In welchen Ländern wird TiO2 schon heute eingesetzt und wie sieht es in Deutschland damit aus?


Infos zum Thema:

Nanotechnologie (planet-wissen)



Videos:


1)  Nanotechnologien – Wie wir die Grundbausteine unserer Welt verändern können

2)  Nanobots werden Wirklichkeit - Roboter im eigenen Körper! - Science & Fiction

3)  GLOBALFOUNDRIES Fab 1 Dresden- Vom Sand zum Chip

4)  Herstellung von Prozessoren / CPUs / Chips / Transistoren (Animation)

5)  Bionik: Wie uns die Natur zu technischen Lösungen inspiriert | Watts On

6)  Wie sich Bionik die Natur als Vorbild nimmt

7)  Selbstorganisation und Nanotechnologie: Transregio 61

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Aufgaben:

  1. Welchen Zusammenhang gibt es zwischen der Bionik und der Nanotechnologie?

  2. Was versteht man unter "selbstorganisierenden Strukturen"?

  3. Was ist ein "Nanobot" und ein "Nano-Auto" und welche Funktion sollen sie erfüllen?

  4. Was ist ein "Wafer"?

  5. Wie erreicht man bei der Herstellung von Mikroprozessoren die notwendigen Strukturen für die elektrischen Leiterbahnen? (Stichwort: "Fotolithografie" - Was ist das?)

  6. Wie wird das Ergebnis und die Qualität von fertigen Prozessoren überprüft?



Videos:


1)  Wie gefährlich Nano wirklich ist | Mai Thi Nguyen-Kim

2)  «Nano» in Produkten: mögliche Gefahren

3)  Nano-Partikel - Ein übersehenes Umweltproblem | Gut zu wissen | BR

4)  Nanotechnologie-Unsichtbare Gefahr 1/3

5)  Nanotechnologie-Unsichtbare Gefahr 2/3

6)  Nanotechnologie-Unsichtbare Gefahr 3/3

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Aufgaben:

  1. In der Nanotechnologie spielen sehr kleine Teilchen eine wichtige Rolle. 
    a) Wie hängt die Teilchengröße hierbei mit der Oberfläche der Nanopartikel zusammen und welche Konsequenzen hat das? 
    b) In einem Video siehst du dies am Beispiel eines Eisennagels. Eisen kann aber auch als Eisenwolle vorliegen - was ist dann der Unterschied?
  2. Medizinisch hat die Nanotechnologie als Beispiel ein sehr großes Potential. Welche neuen Möglichkeiten bietet die Nanotechnologie hier und was ist der Grund dafür? Warum ist die Nanotechnologie hier das richtige "Werkzeug"?
  3. Die Frage nach den "gesundheitlichen Problemen der Nanotechnologie" ist nicht ganz allgemein zu beantworten. Was ist hierbei zu beachten? 
  4. Bisher hat man nur wenige Probleme in Zusammenhang mit der Nanotechnologie nachgewiesen. Heißt das, dass es keine Probleme mit der Nanotechnologie gibt?
  5. Welche Auswirkungen haben Nanopartikel im menschlichen Körper? 
  6. Die Forschung im Bereich Nanotechnologie ist in vollem Gange. Wird hierbei immer auch auf die gesundheitlichen Auswirkungen geachtet? Worauf sollt bei begleitenden Untersuchungen geachtet werden?
  7. Nanomaterialien können in die Luft "suspendieren". - Was ist damit gemeint und warum könnte das ein Problem sein?
  8. "Die Dosis macht das Gift" - Was ist mit dieser Aussage gemeint?
  9. Untersuchungen in Kläranlagen haben heute schon ein Problem mit Nanopartikeln gezeigt. Welche Nanopartikel sind das und wo kommen sie her?
  10. Was ist der "Umweltrat der Bundesregierung"? und zu welchem Ergebnis sind sie bezüglich der Risiken der Nanotechnologie gekommen? - Nenne drei Empfehlungen des Umweltrates.


Videos:


1)  Teilchenzoo: Quarks - Bausteine der Atomkerne

2)  06D Was sind die vier Grundkräfte ?

3)  Materie besteht nicht aus Materie | Harald Lesch

4)  Alpha.Centauri.-.153.-.Was.sind.Quarks

(Hinweis zu Video 4: Die Alpha-Centauri-Sendung beinhaltet bereits viele weiterführende Informationen und geht inhaltlich über die Thematik zur Folie [07] in vielen Bereichen hinaus)


Exkurs / Zusätzliche Videoempfehlung:
(Kosmologie und fundamentale Wechselwirkungen)

5)  Harald Lesch • Die 4 Grundkräfte | Kosmologie (9)

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Aufgaben:

  1. Was sind Quarks?
  2. Welche Quarks gibt es?
  3. Was ist ein Gluon und warum heißt das so?
  4. Elektronen und Protonen sind "geladen". Man unterscheidet die positiven und negativen Ladungen. Welche Ladungen haben Quarks und wie beschreibt man sie?
  5. Wie hat man die Quarks eigentlich überhaupt gefunden?
  6. Fundamentale Kräfte (Wechselwirkungen):
    a) Nenne die vier fundamentalen Kräfte.
    b) Nenne zu jeder der vier fundamentalen Kräfte ein Beispiel für ihre Anwendung. Was "bewirkt" die jeweilige fundamentale Kraft?
  7. Welchen Grundsatz gibt es in der Natur und was versteht man unter "Bindungsenergie"?
  8. Atome sind sehr kleine Bausteine aus denen wie Welt besteht. Woher kommt der Begriff "Atom" eigentlich und wer hat ihn geprägt? 
  9. Was versteht man unter "Elementarteilchen"? Was dachten die alten Griechen vor über 2000 Jahren und wie und warum hat sich hier der Kenntnisstand seit damals verändert?
  10. Ernest Rutherford führte 1911 Streuversuche an Atomen durch und stellte sein Rutherfordsches Atommodell auf (Atome bestehen aus einem positiven (sehr kleinen) Kern und der Elektronenhülle). Ein Atomkern ist zusammengesetzt aus lauter positiven Protonen (und Neutronen). Man wunderte sich sehr über die Ergebnisse seiner Streuversuche! 
    a) Welches grundlegende Problem tauchte hier bei der Erklärung für den Aufbau des Atomkerns auf?
    b) Um das Problem zu lösen, musste man die Modellvorstellung erweitern! Wie tat man das, um den Aufbau des Atomkerns zu begründen?


Videos:


1)  Die Physik Einsteins - Teil 1: Der Photoeffekt (mit Harald Lesch)

2)  Licht = Welle, Strahl oder Teilchen?!?

3)  Der Welle-Teilchen-Dualismus

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Aufgaben:

  1. Was ist der Photoeffekt und was wollte man beim Photoeffekt zunächst im Versuch erreichen?
  2. Welche besondere Idee bezüglich der Vorstellung von Energie liegt dem Photoeffekt zugrunde?
  3. Im Video zum Photoeffekt wurde ein Versuch mit verschiedenen Farben gezeigt. Eine Metalloberfläche wurde dabei mit verschiedenen Lampen beleuchtet. Was konnte man dabei feststellen? Beschreibe den Versuch und die Konsequenz, also das Ergebnis.
  4. Welche Bedeutung hat der Photoeffekt in unserem Alltag? Welche wichtige Anwendung hängt damit zusammen?
  5. Licht wird im zweiten Video in drei Modellvorstellungen vorgestellt. Nenne die drei Modellvorstellungen und beschreibe das jeweilige Modell an einem Beispiel.
  6. Welche Vorstellung hatte man im Verlauf der Zeit vom Licht? Nenne vier wichtige Modellvorstellungen, den Zeitraum und deren Schöpfer)
  7. Welchen Versuch führte der Physiker Wilhelm Hallwachs (Video: Der Welle-Teilchen-Dualismus) durch und was war das wichtige Ergebnis dabei?
  8. Welche wichtigen Resultate kann man zum Photoelektrischen Effekt zusammenfassen? Nenne drei wichtige Resultate.

Optik: Interferenz -  Moiré-Effekt [1+2]

Gezeigt werden interferenzähnliche Muster (Moiré-Effekt) durch Überlagerung konzentrischer Kreise, Punktmuster und anderen periodischen Strukturen.



Bildergalerie - Nanotechnologie

(Abbildungen mit freundlicher Genehmigung des DEUTSCHEN MUSEUMS München)


Videos:


1)  Spektroskopie

2)  Spektroskopie - Sternenlicht zerlegen

3)  How does a spectrophotometer work?

4)  Resonanz - Resonanzkatastrophe

5)  IR-Spektroskopie

Hier siehst du ein Anwendungsbeispiel aus der Praxis (Spektrometer im Einsatz):

6)  Chemistry Visualizations: IR-Spektroskopie mit ATR

Animation der Atom-Schwingungen bei Anregung durch IR-Strahlung:

7)  Types of Molecular Vibrations in IR Spectroscopy

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Aufgaben:

  1. Was ist ein "Spektrum"?
  2. Mit Hilfe der "Spektroskopie" kann man z.B. Informationen über weit entfernte Sterne erhalten. Welche Informationen sind das und wie funktioniert das?
  3. Nanotechnologie behandelt die ganz kleinen Dinge. Wieso wurde hier in Aufgabe 2 von der Astronomie gesprochen (also den ganz großen Dingen in unserem Universum) und wie hängt das zusammen? 
  4. Was bedeutet die Abkürzung "IR" und was ist die umgangssprachliche Bezeichnung für "IR-Strahlung"?
  5. Welche Wellenlänge hat die IR-Strahlung bei der IR-Spektroskopie?
  6. Erkläre den Begriff "Resonanz".
  7. Was ist eine "Resonanzkatastrophe"? Erläutere den Begriff und nenne das berühmte Beispiel aus dem betreffenden Video.
  8. Was bewirkt die IR-Strahlung bei der Bestrahlung auf ein Atom?
  9. Auf Folie (09) ist in der Abbildung die Funktionsweise der IR-Spektroskopie schematisch dargestellt. Erläutere die Abbildung und die Funktionsweise.
  10. Moleküle können auf sehr unterschiedliche Art schwingen. Wir unterscheiden zwei grundsätzlich verschiedene Varianten. Zähle sie hier auf. (Siehe Folie 10)​


Videos:


1)  UV VIS Spektroskopie

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Videos:


1)  Erfolgreiche Auswertung einer EDX Analyse von einem Mineral

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Aufgaben:

  1. Was bedeutet UV-VIS?
  2. Beschreibe kurz die Vorgehensweise bei einer UV-VIS-spektroskopischen Untersuchung.
  3. Was bedeutet EDX? 
  4. Welche Aussage liefert eine EDX-Spektroskopie?


Mehr Infos zum Thema:

Mikroskopie (planet-wissen)



Videos:

1)  Die Welt der Atome

2)  Nanotechnologie: Wissenschaft der Zukunft oder moderne Alchemie? (NZZ Format 1999) [STM und AFM]

3)  Das Rastertunnelmikroskop

4)  Rastertunnelmikroskop: JohanneumSTM (Schulprojekt) (deutsche Version)

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Aufgaben:

  1. Was versteht man unter „Lichtmikroskopie?“
  2. Wie groß sind die kleinsten sichtbaren Strukturen bei der Lichtmikroskopie?
  3. Wer hatte das STM erfunden?
  4. Ein wichtiger Bestandteil des STM ist die Messspitze. Was ist das und wie groß ist der Abstand zur Probe?
  5. Was wird bei der STM-Mikroskopie eigentlich gemessen um Informationen über die Oberfläche einer Probe zu erhalten?
  6. Es gibt zwei „Mess-Moden“ wie heißen sie und wie funktionieren sie?
  7. Warum muss die Probe bei einer Untersuchung normalerweise gekühlt werden?

Abonnieren:


Produktplatzierungen

Macht Lust auf Technik und Wissenschaft

Auf seiner bundesweiten Tour zeigt der InnoTruck, wie Innovationen unser Leben positiv verändern können.


Videos:

1)  Das Rasterkraftmikroskop

2)  Wie funktioniert STM, TEM, SEM & AFM Mikroskopie? [Compact Physics]

3)  Das magnetische Rasterkraftmikroskop, Teil 1

4)  3DIT | Rasterkraftmikroskopie (AFM) von Zeiss

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Videos:

1)  Videos aus dem Rasterelektronenmikroskop

2)  Wie ein Elektronenmikroskop das Unsichtbare sichtbar macht

3)  Wie ein Elektronenmikroskop funktioniert - Winzlingen auf der Spur - Planet Schule - SWR

4)  Das Rasterelektronenmikroskop

5)  Was lebt in deinem Bett? Mikroskop im Einsatz REM - Rasterelektronenmikroskop | Phil's Physics

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!



Aufgaben:

  1. Was ist ein „Cantilever“? Erläutere anhand einer Skizze und beschreibe dir Funktion.
  2. Ein AFM kann grundsätzlich in zwei verschiedenen Betriebsmoden eingesetzt werden. Welche beiden Betriebsmoden sind das und was ist der Unterschied dabei?
  3. Welchen Vorteil hat ein Rasterkraftmikroskop (AFM) gegenüber einem Rastertunnelmikroskop (STM)?
  4. Nenne die wichtigsten Bestandteile eines Rasterelektronenmikroskops (REM).
  5. Zur Untersuchung mit einem Rasterelektronenmikroskop wird die Probe zunächst vorbereitet. Was wird dabei gemacht?
  6. Aus welchem Grund muss die Probe beim REM in einer Vakuumkammer untersucht werden?
  7. Zwischen einem Rasterelektronenmikroskop und einem herkömmlichen Lichtmikroskop gibt es Unterschiede und Gemeinsamkeiten. Nenne jeweils zwei Beispiele.
  8. Es können auch chemische Untersuchungen mit dem REM vorgenommen werden. Welchen Vorteil bietet das REM dabei?


Videos:

1)  Transmission Electron Microscope TEM demo session

2)  Transmission Electron Microscopy (TEM) basics

 

Anmerkung: Die Links in diesem Ordner verweisen auf externe YouTube-Videos anderer YouTube-Kanäle. Gelegentlich werden Videos dort auch wieder entfernt. Entsprechende Hinweise zur Aktualisierung dieser Seite werden gerne per → Mail oder über das → Kontaktformular entgegengenommen. - Vielen Dank schon vorab für den Hinweis!


Optik: Das Mikroskop [5:53]

Bildentstehung bei der Sammellinse (4)

Es werden die grundlegenden Eigenschaften der Bildentstehung am Mikroskop dargestellt. Die Bildentstehung ähnelt dabei den Vorgängen im Transmissionselektronenmikroskop (TEM)



Welt der Physik

Ziel ist es, das für viele Menschen abstrakte Thema Physik anfassbar zu machen und das Interesse Jugendlicher und Erwachsener für diesen faszinierenden Bereich der Naturwissenschaften zu wecken.

Planet Schule
Planet Schule bietet Schulfernsehsendungen zum Ansehen und Herunterladen so wie weitere Lernangebote für Lehrer, Schüler und natürlich alle Bildungsinteressierten.


 

Tyndall-Effekt 

 

Der Tyndall-Effekt [ˈtɪndl-] beschreibt die Streuung von Licht an weniger als 1 μm großen Schwebeteilchen in einem transparenten Medium, die Farberscheinungen hervorrufen, wenn sie kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts, und das Medium weißlich trüb erscheinen lassen, wenn sie größer sind.

 

Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge von 400 bis 750 nm. Der Tyndall-Effekt tritt üblicherweise in Dispersionen1 (Suspensionen2) mit Teilchengrößen von etwa 40 bis 900 nm auf. Licht längerer Wellenlänge (Rottöne) wird dabei weniger gestreut als kurzwelliges bläuliches Licht. Gerichtetes Licht erscheint dadurch in Richtung des Lichtstrahls eher rötlich, während das Streulicht quer zum Strahl eher bläulich wirkt.

Der Effekt ist nach seinem Entdecker John Tyndall benannt, der die Streuung von Licht in kolloiden 3 Lösungen untersucht hat. Als Messgerät dient ein Tyndalloskop.

 

Prinzip

Durch Streuung von Licht an kleinen Objekten deren Größe etwa der Wellenlänge des Lichts entspricht (ca. 380 und 780 nm) werden Strahlenbündel seitlich heraus gestreut. Dadurch wird der gesamte Lichtstrahl auch von der Seite her sichtbar. So nimmt man beispielsweise bei Sonnenschein im Dunst oder Nebel sogenannte Strahlenbüschel wahr oder sieht nachts die Lichtkegel (Tyndall-Kegel) von Scheinwerfern in Nebel oder Wolken.

 

 

Anwendungen

Optische Rauchmelder nutzen den Tyndall-Effekt, indem bei Anwesenheit von Rauch-Partikeln Licht aus einem Lichtbündel heraus auf einen lichtempfindlichen Sensor gestreut wird. Bei reiner Luft findet keine Streuung statt und der Sensor kann dementsprechend kein Streulicht detektieren. Ein Alarm wird ausgelöst, sobald das Sensorsignal einen definierten Schwellenwert überschreitet.

 

1 Eine Dispersion zu lat. dispergere ‚verteilen‘, ‚ausbreiten‘, ‚zerstreuen‘ ist in der Kolloidchemie und in der Verfahrenstechnik ein heterogenes Gemisch aus mindestens zwei Stoffen, die sich nicht oder kaum ineinander lösen oder chemisch miteinander verbinden.
2 Eine Suspension (lateinisch suspendere ‚aufhängen‘, ‚in der Schwebe lassen‘) ist ein Stoffgemisch aus einer Flüssigkeit und darin fein verteilten Festkörpern (Partikeln).
3 Als Kolloide werden Teilchen oder Tröpfchen bezeichnet, die in einem Feststoff, Gas oder Flüssigkeit fein verteilt sind.

-----------------------------------

Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



Alle von mir erstellten Materialien stehen für Bildungszwecke frei zur Verfügung, dürfen allerdings nicht von jemand anderem kommerziell vertrieben werden.

Hinweis: Es werden keine Bücher oder sonstige, hier benannte Materialien im Unterricht verwendet oder benötigt. 



Quellenangaben zu den Inhalten auf dieser Seite


Infotext (Einstieg - Was ist Nanotechnologie?)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf dem Artikel Nanotechnologie aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.


Infotext (Tyndall-Effekt)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf dem Artikel Tyndall-Effekt, Kolloid, Dispersion_(Chemie), Suspension_(Chemie) und Licht aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.


Infotext (Exkurs - Katalyse und Photokatalyse)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf den Artikel Katalysator, Katalyse, Photokatalyse und Wilhelm_Ostwal aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.


Hintergrundbild: Eigenes Bild (A. Rueff)