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Analogieexperimente zur Halbwertzeit

Schlagwörter: Kernphysik, Analogieexperimente, Experiment, Halbwertzeit, Würfel, Bierschaum, Alternativexperiment

Um die Halbwertzeit in einer Schulstunde experimentell untersuchen zu können, benötigen wir Medien, deren Halbwertzeit wenige Minuten beträgt. Im Realexperiment gelingt das z.B. mit dem Isotopengenerator. Im Analogexperiment eignet sich Bierschaum für die experimentelle Untersuchung. Die Höhe der Schaumkrone eines Biers zerfällt mach ähnlichen Gesetzmäßigkeiten. Auch mit Würfeln können wir einen radioaktiven Zerfall simulieren.

Analogexperiment – Bierschaum

Material

  • Messzylinder
  • Bier
  • Lineal
  • Uhr

Aufbau/Durchführung:

Ein Messzylinder wird vor dem Versuch mit kaltem Wasser ausgespült. Dann wird das Bier in den Zylinder so eingegossen, dass eine möglichst große Schaumkrone entsteht.

Als Messintervall eignet sich hier eine Zeit von ca. 20 s. Die Höhe der Schaumkrone wird alle 20 s gemessen und in die Tabelle übertragen.

Achtung – es muss die Höhe der Schaumkrone gemessen werden, also der Abstand vom oberen Rand derer Schaumkrone zum unteren Rand der Schaumkrone.

Beende das Experiment, wenn die Höhe der Schaumkrone auf ca. 20% der Ausgangshöhe zerfallen ist.

Der Zylinder sollte vor dem Experiment unbedingt mit kaltem Wasser ausgespült werden. Das verhindert, dass der Bierschaum an der Zylinderwand verklebt und so die Messung verfälscht.

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Auswertung:

Die berechneten Halbwertzeiten für den Zerfall des Bierschaums sollten bei einer Biersorte nahezu gleich sein. Bei verschiedenen Biersorten werden sich auch die Halbwertzeiten des Zerfalls der Schaumkrone unterscheiden.

2. Würfel

Mit Hilfe von Würfeln können wir den radioaktiven Zerfall simulieren. Dafür benötigen wir möglichst viele Würfel und einen „Spielplan“.

Der Zerfall von nichtstabilen Isotopen folgt stochastischen Gesetzmäßigkeiten. Dabei gibt die Halbwertzeit keine konkrete Auskunft zum Zerfall eines bestimmten Atoms. Die Zerfallswahrscheinlichkeit bezieht sich stets auf eine sehr große Anzahl von Atomen. (vgl. hier) Daher sollten auch möglichst viele Würfel (min. 30 Würfel) genutzt werden.

Spielplan

  • Alle Würfel werden gemeinsam geworfen.
  • Alle Würfel die eine sechs zeigen werden entfernt.
  • Die restlichen Würfel werden wieder geworfen.
  • Alle Würfel die eine sechs zeigen werden entfernt.
  • Wiederhole den Versuch so lange, bis alle Würfel entfernt sind.

Als erstes wird eine Tabelle angelegt.

Wenn du keine 30 Würfel oder mehr hast, dann kannst du den Versuch auch simulieren.

EXCEL-Simulation mit bis zu 6000 Würfeln

Aufgaben:

  1. Stelle die Anzahl der verbliebenen Würfel in Abhängigkeit von der Wurfnummer in einem Diagramm dar!
  2. Berechne die Halbwertszeit T1/2 der Würfel! Gehe davon aus, dass ein Wurf der Zeiteinheit 1 s entspricht.
  3. Bei diesem Experiment handelt es sich um ein Modellexperiment. In der Tabelle hast du die >ANZAHL DER ENTFERNTEN WÜRFEL< und die >ANZAHL DER VERBLEIBEN- DEN WÜRFEL< dargestellt. Ordne diesen beiden der Realität zu!
  4. Vergleiche das Ergebnis vom Würfeln mit dem Realexperiment und bewerte das Ergebnis!