Tunneleffekt - Aufgaben und Übungen

Welche der folgenden Aussagen sind richtig?

1) Kann man den sogenannten "Tunneleffekt" mit den Gesetzen der klassischen Physik erklären?

a) Nein

b) Ja

2) Was besagt der Tunneleffekt?

a) Der Tunneleffekt besagt, dass beispielsweise die meisten Alpha-Teilchen, die auf eine dünne Goldfolie gestrahlt werden, die dünne Goldfolie durchdringen, ohne reflektiert oder abgelenkt zu werden.

b) Der Durchgang eines Teilchens durch einen Potentialtopf ist auch dann möglich, wenn die kinetische Energie dieses Teilchens geringer ist als die Höhe der Barriere. D.h es ist möglich, dass ein Teilchen eine Barriere überwinden kann, obwohl es eigentlich nicht ausreichend Energie besitzt, um diese Barriere zu überwinden

3) Hat der Tunneleffekt auch eine physikalische Anwendung bzw. Bedeutung?

a) Mit Hilfe des Tunneleffekts lässt sich unter anderem der Alpha-Zerfall von Atomkernen erklärt. Der Tunneleffekt spielt aber auch beispielsweise bei Rastertunnelmikroskop eine wesentliche Rolle

b) Der Tunneleffekt hat keine physikalische Bedeutung bzw. Anwendung. Er ist nur eine Vorstellung in der Quantenmechanik, um das Bohr'sche Atommodell zu bestätigen.

4) Warum beobachten wir in der realen (makroskopischen) Welt den Tunneleffekt nicht?

a) Der Tunneleffekt wird in der Makrowelt nie beobachtet, da alle Stoffe aus vielen Teilchen aufgebaut sind, die untereinander in Wechselwirkung treten und so den Tunneleffekt verhindern.

b) Der Tunneleffekt wird in der Makrowelt täglich beobachtet, wie sollte das Sonnenlicht sonst durch Glas durchdringen.

5) Aufgrund welches nachfolgenden physikalischen Phänomens kann man auf das Vorhandensein des Tunneleffekts in der mikroskopischen Welt schließen?

a) Beim "Fall" eines Elektrons von einem energetisch angeregten Zustand in den Grundzustand wird elektromagnetische Strahlung emittiert

b) Ein Elektron lässt sich auf Dauer nicht in einem Potentialtopf einsperren (Ausnahme: die Potentialwand des Potentialtopfs, dass das Elektron einsperrt, ist unendlich hoch)

6) Kann man den Tunneleffekt auch mit Hilfe einer mathematischen bzw. physikalischen Formel "beweisen"?

a) Nein, der Tunneleffekt ist nur eine Vorstellung in der Atomphysik bzw. Quantenmechanik

b) Ja, kann man. Löst man die Schrödinger-Gleichung für diesen Fall, so wird die resultierende Wellenfunktion für Orte außerhalb des Potenzialtopfs eine sehr kleine, aber von Null verschiedene Aufenthaltswahrscheinlichkeit für das Elektron angeben

7) Warum ist der Tunneleffekt mit den Gesetzen der klassischen Physik nicht erklärbar?

a) Zum Eindringen eines Teilchens in die Potentialwand eines endlich tiefen Potentialtopfes wäre (nach den Gesetzen der klassischen Physik) eine negative kinetische Energie erforderlich (quantenmechanisch ist der Tunneleffekt erklärbar, aufgrund der Impuls-Unbestimmtheit, v.a. für kleine Δx)

b) Der Tunneleffekt ist sehr wohl mit den Gesetzen der klassischen Physik erklärbar. Weist ein Teilchen genügend hohe negative Beschleunigung auf, kann dieses Teilchen in die Potentialwand eindringen.

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