Was ist der Tunneleffekt und wie funktioniert er?

Answer 1

Der Tunneleffekt selbst ist ein Phänomen aus der Quantenphysik, den man sich aus der Heisenberg'schen Unschräferelation erklären kann.
Anwendung findet es z.B. beim Alpha-Zerfall in der Kernphysik.

Unschärferelation:
Heisenberg entdeckte mit seiner Unschäräferelation, dass Ort und Impuls (d.h.: Geschwindigkeit) eines Quanten-Teilchens (soll heißen: ein Teilchen von solcher Größe, dass quantenmechanische Effekte wirksam werden) NICHT gleichzeitig bestimmbar sind.
Das bedeutet: machst du eine Geschwindigkeitsmessung eines Elektrons, so weißt du nicht mehr, WO es ist.
Misst du hingegen seinen Ort, weißt du nicht mehr, wie schnell es ist.
Oder umformuliert: Ist der Ort eines Teilchens genau bekannt (z.b.: "Elektron befindet sich in der innersten Schale"), so wird seine Geschwindigkeit kurzfristig "unscharf" - d.h.: sie schwankt.
Oder umgekehrt: Ist der Ort sehr unscharf, wird der Impuls plötzlich sehr scharf - entweder sehr klein oder sehr hoch.

Aus dieser Ort- und Impulsunschärfe lässt sich auch eine Energie- und Zeitunschärfe herleiten: ist die Zeitl. Entwicklung eines Teilchens festgehalten, so wird die Energie für kurze Zeit sehr unscharf.

Tunneleffekt:
Dies passiert auch mit den sogenannten Zustandsfunktionen von Teilchen. Quantenmechanische Teilchen können mit einer Wellenfunktion (-> von Schrödinger formuliert) beschrieben werden. Diese beinhaltet seine Energie und seine zeitl. Entwicklung. Ist nun die zeitliche Entwicklung sehr ausgedehnt (das bedeutet: die Wahrscheinlichkeit es zu finden ist sehr gering - es ist unscharf), kann seine Energie kurzfristig sehr genau und sehr hoch werden.
Das passiert beim Tunneleffekt. Zeit- bzw. Ortsunschärfe wird so hoch, dass die Geschwindigkeit bzw. Energie über ansonsten verbote, also nicht erreichbare Schwellen steigt.

Beispiel für Auftreten: Alpha-Zerfall.
Die Wellenfunktion des Alphateilchens im Urankern ist durch die Instabilität des Uranskerns sehr ausgedehnt - die Orts (bzw. Zeit-) unschärfe ist sehr hoch.
Kurzfristig wird also die Impulsunschärfe sehr hoch
In diesem Zustand kann das Teilchen die ansonsten für es unüberwindbare Energiebarriere aus dem gebundenen Kern energetisch überwinden (die Welle tunnelt also durch die Potentialbarriere des Kerns durch).

Wir selbst können niemals durch eine Wand durchtunneln. Die Wahrscheinlichkeit, dass das für ein einziges Teilchen passiert ist schon sehr gering - dass ALLE Teilchen in unserem Körper gleichzeitig derart unscharf werden, dass wir durch eine Tür hindurchschweben liegt quasi bei null.

Answer 2

Der Tunneleffekt besagt, dass sich Teilchen durch energetisch verbotene Zonen hindurchbewegen können. Der Transmissionsgrad T lässt sich über die Lösung der stationären Schrödingergleichung abschätzen

Elektronen können durch starke elektrische Felder aus einem Metall in einen energetisch erlaubten Bereich des Feldes tunneln (Anwendung: Feldelektronenmikroskop).
Ebenso können Elektronen durch einen engen Spalt vopn einem Metall in ein anderes Metall tunneln (Anwendung: Tunnelrastermikroskop).
Beim a-Zerfall sind die tunnelnden Objekte a-Teilchen, die mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit vom Kern emittiert werden.

Mit Hilfe der Totalreflexion von Licht oder Mikrowellen kann der Tunneleffekt veranschaulicht werden.
weitere Informationen, sihe Link

mfg:-)

Answer 3

Der Tunneleffekt bezeichnet den quantenmechanischen Effekt, der Teilchen die Überwindung endlicher Potentialbarrieren erlaubt, welche nach den Vorstellungen der Klassischen Physik für diese Teilchen unüberwindbar wären. Der Tunneleffekt ist u. a. der Grund für den Alpha-Zerfall und wird z. B. bei Rastertunnelmikroskopen verwendet.

Answer 4

Also, jetzt mal der Versuch einer möglichst einfachen Erklärung:
Im Atomkern sind Protonen und Neutronen durch die Anziehungskraft der Neutronen gebunden. Wenn ein Proton den Atomkern also verlassen wollte, müsste es genau diese Kraft aufbringen, um vom Kern loszukommen. Das bezeichnet man als Potenzial. Es gibt dafür auch eine bestimmte Darstellungsform, den "Potenzialtopf" Wie der Name schon sagt, hat dieser Potenzialtopf einen Boden und einen Rand, aber keinen Deckel. Die Protonen und Neutronen, die am weitesten unten sind, haben den meisten Weg zum Rand, also die meiste Kraft aufzubringen, um über den Rand hinaus aus dem Atomkern rauszukommen. Die Protonen oben haben schon weniger Weg vor sich, brauchen auch nur weniger Kraft.
Die Kraft, die für das Verlassen eines Protons aufgewendet werden muss kann man auch errechnen, und zwar mit E=m*c².
c bleibt immer gleich (=Lichtgeschwindigkeit) und m =die Masse aller im Atomkern übrig gebliebenen Teilchen.
Wenn man diese Rechnung einmal vor und einmal nach dem Verlassen des Teilchens durchführt fehlt aber plötzlich Energie!!!
Das Proton ist also mit weniger Energie über den Topfrand gekommen als der Topfrand hoch ist. Man sagt, es ist getunnelt, also einfach durch den Topfrand hindurch nach draußen gekommen.

Answer 5

da man für teilchen im atomaren/subatomaren bereich nur noch eine aufenthaltswahrscheinlichkeit angeben kann, ergibt sich eine verteilungsfunktion (ich glaube, man kann dies mit der schrödingergleichung ausdrücken) für ein teilchen.
wenn nun ein paar teilchen auf eine barriere treffen, die sie rein energetisch nicht überwinden könnten, so ist es aufgrund der verteilungsfunktion möglich, dass sich ein teilchen doch auf der anderen seite der barriere befindet, da die verteilungsfunktion "durch die barriere durchgeht".
erklärbar wird dies auch durch ein modell einer einlaufenden teilchenwelle, welche an der barriere nur teilweise reflektiert wird, während ein andere teil die barriere durchdringt.
gut vorstellbar ist dies anhand eines erbsentopfes: ein haufen erbsen kochen lustig vor sich hin, der topfrand stellt die barriere dar und die einzelnen erbsen haben nicht genug kinetische ernergie, um über den topfrand zu kommen( es sei denn, die hausfrau ist ein hausmann, der überkochen lässt).aber trotzdem befindet sich eine erbse dann ausserhalb des topfes.aber wie gesagt, nur ein modell zum vorstellen.

Answer 6

Da die Frage schon vom ersten "Poster" beantwortet wurde, nur ein Zusatz.

Meines Erachtens liegt es daran, dass das Teilchen eine Barriere, die nur eine gewisse Zeit existiert, umgeht, indem dieses Teilchen entweder eine andere Raum- oder Zeitdimension benutzt. Aber das kann mit unseren Mitteln nicht gemessen werden. Nur, eine Erklärung muss es ja geben.

Answer 7

Tunneleffekt ist wenn du mit deinem Auto sehr schnell unterwegs bist, dann kommt plötzlich ein schild mit einer längenangabe von 493m, dann bist du erst verwirrt und denkst schließlich, du bist in einem tunnel gelandet --> siehe auch tunnelblick

du machst die augen wieder auf, und der tunneleffekt ist verschwunden

Answer 8

Der Tunneleffekt bezeichnet den quantenmechanischen Effekt, der Teilchen die Überwindung endlicher Potentialbarrieren erlaubt, welche nach den Vorstellungen der Klassischen Physik für diese Teilchen unüberwindbar wären. Der Tunneleffekt ist auch der Grund für den Alpha-Zerfall und wird z. B. bei Rastertunnelmikroskopen verwendet.

Answer 9

Steht alles hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Tunneleffekt