3. Radioaktiver Schwefel zerfällt so, dass die Masse jedes Jahr um \( \frac{1}{12} \) abnimmt. Es sind anfangs 6 g Schwefel vorhanden. a) Wie viel Schwefel sind nach \( 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 \) Jahren noch vorhanden? b) Zeichne den Fuktionsgraphen und stelle eine Funktionsgleichung auf. c) Welcher Anteil ist nach 10 Jahren noch vorhanden? d) Ermittle die Halbwertszeit von radioaktivem Schwefel.
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The Deep Dive
Die Lösung dieser interessanten Aufgaben bietet einen Einblick in die faszinierende Welt der Radioaktivität und exponentieller Zerfall. Nach dem ersten Jahr bleibt aufgrund des Zerfalls um \( \frac{1}{12} \) des Ausgangs von 6 g Schwefel noch \( 6 \, \text{g} - \frac{6 \, \text{g}}{12} = 5 \, \text{g} \) übrig. Nach zwei Jahren sind es \( 5 \, \text{g} - \frac{5 \, \text{g}}{12} = \approx 4,17 \, \text{g} \). Für die nächsten Jahre ergibt sich: Nach 3 Jahren ≈ 3,89 g, nach 4 Jahren ≈ 3,42 g, nach 5 Jahren ≈ 3,00 g und nach 6 Jahren ≈ 2,64 g. Für die Funktionsgleichung, die den Zerfall beschreibt, verwenden wir die Formel: \( M(t) = M_0 \cdot \left(1 - \frac{1}{12}\right)^t \), wobei \( M_0 = 6 \, \text{g} \) die Anfangsmasse ist. Nach 10 Jahren bleibt die Masse \( M(10) = 6 \cdot \left(1 - \frac{1}{12}\right)^{10} \approx 1,77 \, \text{g} \). Die Halbwertszeit ist der Zeitraum, in dem die Menge des radioaktiven Stoffes auf die Hälfte sinkt. Durch die Zerfallsrate von \( \frac{1}{12} \) kann man die Halbwertszeit mit der Formel \( t_{1/2} = \frac{\ln(2)}{\ln\left(1 - \frac{1}{12}\right)} \) berechnen, was ungefähr 8,31 Jahren entspricht. So lange dauert es, bis die Hälfte des ursprünglich verfügbaren radioaktiven Schwefels zerfallen ist!