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Wie ist ein Atom aufgebaut?
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Kleinste Einheit der Materie
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Um die wirklich grundlegenden Zusammenhänge zwischen Magnetismus und Elektrizität zu verstehen, ist es notwendig,
sich den Aufbau eines Atoms vorzustellen. Atome sind die kleinste, mit chemischen Methoden
herstellbaren Einheiten der Materie, die noch die typischen chemischen Eigenschaften des
jeweiligen Elementes besitzen. Ein Atom kann weiter zerlegt werden in Elementarteilchen.
Dabei gehen dann aber die typischen Eigenschaften des jeweiligen Elementes verloren. |
Atome besitzen einen Kern und eine Hülle mit Elementarteilchen
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Ein Atom besitzt einen Atomkern und eine Atomhülle.
- Der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen. Protonen sind positiv geladene
Elementarteilchen, Neutronen ungeladene Elementarteilchen. Die Anzahl der Protonen wird
auch als Kernladungszahl bezeichnet und bezeichnet die Eigenschaften und die Stellung im
Periodensystem der Elemente. Atome mit der gleichen Zahl an Protonen aber
unterschiedlicher Anzahl von Neutronen gehören zum gleichen Element. Sie werden als
Isotope bezeichnet.
- Die Atomhülle wird auch als Elektronenhülle bezeichnet. In ihr befinden sich bei einem
neutralen Atom genau so viele Elektronen (negativ geladene Elementarteilchen), wie
Protonen im Atomkern. Die Ladungen heben sich gegenseitig auf. In der Elektronenhülle
finden beispielsweise die Vorgänge statt, die mit chemischer Bindung, Emission und
Absorption von Licht, Emission von charakteristischer Röntgenstrahlung, Anregung und
Ionisierung durch Wechselwirkungsprozesse zwischen energiereicher Strahlung und Materie
sowie mit der Strahlenwirkung auf biologische und biochemische Vorgänge zusammenhängen.
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Atome können positiv oder negativ geladen, oder neutral sein
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Atome, die in ihrer Elektronenhülle mehr Elektronen haben, als sich
Protonen im Kern befinden, haben einen Überschuss an negativer Ladung. Positiv geladene
Atome besitzen in der Hülle weniger Elektronen, als Protonen im Kern. Solche geladenen
Atome werden allgemein als Ionen bezeichnet oder genauer:
- Anionen sind negativ geladene Atome oder Moleküle (Elektronenüberschuss)
- Kationen sind positiv geladene Atome oder Moleküle (Elektronenmangel)
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Eigendrehimpuls oder Spin
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Elementarteilchen und Atomkerne besitzen einen sogenannten Eigendrehimpuls
oder Spin. Je nach Verteilung der elektrischen Ladung entsteht durch den Spin ein mehr
oder weniger starkes magnetisches Moment. Elementarteilchen bzw. Atomkerne ähneln in
ihrem Verhalten so einem Magneten, der um seine eigene Achse rotiert (vgl. Wie entstehen Magnetfelder?). |
Magnetische Momente körperlicher Gewebe werden z.B. bei der
Magnetresonanz- Tomografie genutzt
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Ein menschlicher Körper besteht aus sehr vielen unterschiedlichen Atomen
und ist deshalb insgesamt "elektromagnetisch neutral". Setzt man Körpergewebe
oder organische Substanzen einem äußeren Magnetfeld aus, so richten sich die
magnetischen Momente der Protonen des Körpergewebes aus und rotieren in einer bestimmten
Frequenz (Larmor-Frequenz), die proportional zur Stärke des von außen angelegten
Magnetfeldes ist. Die Protonen richten sich sozusagen am äußeren Magnetfeld aus.
Schaltet man das äußere Magnetfeld ab, kehren die Protonen wieder in ihre
Ausgangsverteilung zurück. Dabei senden sie aber elektromagnetische Wellen aus, die
aufgefangen werden können. Diese Zusammenhänge macht sich die Magnetresonanztomografie,
die auch Kernspintomografie genannt wird, zunutze, um unterschiedliche Gewebe des Körpers
bildhaft darzustellen. weiter...
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