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Tunneleffekt (Physik)


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Der Tunneleffekt bezeichnet den quantenmechanischen Effekt der Teilchen die Überwindung endlicher erlaubt die nach den Voerstellungen der klassischen Physik für diese Teilchen unüberwindbar wären: im der heisenbergschen Unschärferelation kann das Teilchen unter kurzzeitiger Verletzung Energierhaltung die ansonsten unüberwindliche Barriere überwinden. (Das kann nicht dauerhaft in einem energetisch verbotenen bleiben.) Anschaulich gesprochen: „Ein Teilchen leiht sich kurze Zeit ein bisschen Energie hüpft damit über einen Berg und danach die Energie wieder zurück.“

Eine andere gleichwertige Betrachtungsweise geht von Schrödingergleichung aus einer Welle die angibt wo sich ein Teilchen kann. Diese Welle dringt in den verbotenen ein und klingt exponentiell ab. Durch den Abfall der Welle in dem verbotenen Bereich am Ende des verbotenen Bereiches noch ein der ursprünglichen Welle übrig. Da nach den der Quantenmechanik der Betrag der Wellenfunktion eine Wahrscheinlichkeit darstellt gibt es eine kleine Wahrscheinlichkeit das Teilchen am anderen Ende der Barriere

Wie die meisten Effekte der Quantentheorie auch der Tunneleffekt nur bei extrem kurzen sowie sehr kurzen Zeitabschnitten eine Rolle.

Die Namensgebung Tunneleffekt trägt dem Umstand Rechnung dass die die Barriere klassich nicht überwinden können und sich den Effekt wenn überhaupt eher als Art Durchtunnelung der Barriere vorstellen muss.

Beispiele

Auf dem Tunneleffekt beruht der radioaktive von Urankernen. Nach der klassischen Theorie dürften gar nicht zerfallen. Dennoch kommt es auf der stochastischen Gesetze die die Halbwertszeit mit immer wieder vor dass Alphateilchen aus einem Urankernen herausfliegen. Mit Heisenbergs ist dieser Effekt zu erklären. Die Alphateilchen sich die nötige Energie um durch die des Urankernes hindurch zu tunneln. Danach aber sie die Energie nicht mehr und können 'wieder zurückgeben'.

Auch beim Rastertunnelmikroskop bei der Tunneldiode und beim Josephsonkontakt wird der Tunneleffekt ausgenützt.

Aluminium oxidiert an der Luft sehr Da Aluminiumoxid ein Isolator ist sollte man klassisch erwarten dass sich berührenden Aluminiumteilen kein elektrischer Strom fließt. Dass dennoch ein Strom fließt wir dem Tunneln der Elektronen durch die Oxidschicht .

Eine wichtige Rolle spielt der Tunneleffekt der Kernfusion in der Sonne da er es einigen Protonen erlaubt sich einander weit genug zu um fusionieren zu können (s. Proton-Proton-Reaktion ).



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