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3: Kann man Atome sehen???? 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle) 3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer) 3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop) 4. Isotopie.

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1 3: Kann man Atome sehen???? 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle) 3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer) 3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop) 4. Isotopie und Massenbestimmung 5. Kernstruktur des Atoms 6. Das Photon Welle und Teilchen Huygens: (19. Jahrh.) Licht ist eine Welle Newton: (18. Jahrh.) Licht sind kleine Teilchen

2 Newton: Teilchen   Reflektion: Einfallswinkel=Ausfallwinkel ABER: Wellen werden auch reflektiert! (Stehende Welle)

3 Newton: Teilchen  Newton: Brechung durch Kraft an der Oberfläche ABER: Wellen können unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit haben

4 Huygens: Welle Huygensches Prinzip: Jede Welle zerlegbar in Überlagerung von Kugelwellen

5 Huygens: Welle Interferenz und Beugung z.B. Thomas Young Doppelspalt (1801)

6 z.B. Interferenz an dünnen Schichten: Huygens: Welle

7 1885 Maxwell Gleichungen 1887 Heinrich Hertz: Elektromagnetische Wellen kann man durch Ladungsbewegung aussenden durch Antenne Auffangen Funkenentladung Sender Empfänger Antenne Induzierte Entladung

8 1885 Maxwell Gleichungen 1887 Heinrich Hertz: Elektromagnetische Wellen kann man durch Ladungsbewegung aussenden durch Antenne Auffangen

9 Maxwell & Hertz Sieg des Wellenbildes?

10 3: Kann man Atome sehen???? 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle) 3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer) 3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop) 4. Isotopie und Massenbestimmung 5. Kernstruktur des Atoms 6. Das Photon Welle und Teilchen 6.1. Der photoelektrische Effekt

11 1888 Hallwachs (Schüler von H. Hertz): Magnesium (UV-light needed) Zinc Electrometer positive charge: positive Ladung: kein Effekt

12 1888 Hallwachs (Schüler von H. Hertz): Magnesium (UV-light needed) Zinc Electrometer negative: schnelle Entladung positive Ladung: kein Effekt negative charge:

13 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel e-e- e-e- e-e- e-e- A - + e-e- e-e- e-e- Electron energy should depend on light intensity! classical electrodynamics: oscillating optical light field accelerates electrons E(t) = A sin(2  t) A   Intensity Beobachtung: Strom steigt mit Lichtintensität!

14 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel A e-e- e-e- e-e- e-e ff Lenard goal: measure kinetic energy 1/2 mv 2 1/2mv 2 > Uq e potential

15 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel 1900 Lenard e-e- e-e- e-e- e-e- - A low intensity high intensity I Potential max. electron energy independent of intensity monochromatic light max. electron energy depend on frequency!

16 usefull unit: 1 eV (“Electron Volt”) = J (WS) energy of an electron on a potential of 1 Volt 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel 1900 Lenard e-e- e-e- e-e- e-e- - A monochromatic light

17 Einstein (1905), Annalen der Physik 17, 132 : light comes in energy packets (photons) E photon = h k photon = h / c Number of photons  Intensity e-e- e-e- e-e- h Electron energy depends on light intensity frequency E max = h - eU work Number of electrons  Intensity

18 E max = h - eU work Millikan (Phys Rev. 7,355 (1916)) h = eU work (depends on material) h= J sec within < 1% !! ( J sec) e-e- -

19

20 Experiment: electron energy: increases with frequency independent of intensity no time delay N electrons  Intensity minimum frequency Maxwell: independent of frequency E   I time delay for very dim light No Einstein: E max = h - eU work Yes! no time delay Yes! h min =eU work

21 Photoelectric effect: energy and momentum conservation h e-e- e-e- e-e- e-e- h electron energy E max = h - eU work electron energy E e = h - E binding

22 Photoelectric effect: energy and momentum conservation example: h =99eV E e = h - E binding =75eV k e = kg m/sec k photon = h / c = kg m/sec nonrelativistic: photon momentum small ion or solid compensates electron momentum! (E ion =E e *m e /m ion ) h e-e- Photon cannot couple to a free electron, second particle needed!

23 Photoelectric effect: energy and momentum conservation h e-e- electron ion momentum eV, linear polarized  + He -> He 1+ + e - Photon cannot couple to a free electron, second particle needed!

24 Photoelectric effect: energy and momentum conservation h e-e- electron ion momentum eV, linear polarized  + He -> He 1+ + e - Photon cannot couple to a free electron, second particle needed! e-e- How does ONE Photon couple to TWO electrons? How do the electrons talk to eachother? (electron-correlation)

25 Where do the momenta come from?? photon: No! acceleration: No! h e-e-

26 Direction of photoelectrons: e-e- e-e- e-e- h changes directions, looses energy

27 compare: Hertzian Oscillator electrons intensity of radiation Direction of photoelectrons: h e-e- number of electrons  sin 2 (  ) 85 eV, linear polarized  + He -> He 1+ (1s) + e -  Not always true! HOT TOPIC TODAY!

28 Einstein: forbidden 0 Energy e-e- minimum frequency: h = E binding E bind Laser: but...: super high intensities example: h = 1.5 eV << E bind = 24 eV h e-e- not linear with intensity! I 7


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