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Der Photoeffekt Ein Vortrag von Markus Kehr im Rahmen des Hauptseminars Schlüsselexperimente zur Quantenmechanik im WS 02/03.

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Präsentation zum Thema: "Der Photoeffekt Ein Vortrag von Markus Kehr im Rahmen des Hauptseminars Schlüsselexperimente zur Quantenmechanik im WS 02/03."—  Präsentation transkript:

1 Der Photoeffekt Ein Vortrag von Markus Kehr im Rahmen des Hauptseminars Schlüsselexperimente zur Quantenmechanik im WS 02/03

2 1. Einführende Gedanken 2. Historische Meilensteine 3. Lenards Experimente zum Photoeffekt 4. Einsteinsche Lichtquantenhypothese 5. Abschätzung der klassischen Akkumulationszeit Der Photoeffekt 1/17 Überblick

3 Bedeutung des Lichts für die Menschheit Photosynthese Energievorräte = gespeicherte Sonnenenergie Eigenschaften des Lichts Der Photoeffekt 2/17 Einführende Gedanken

4 Konkurrierende Vorstellungen über das Licht: Newton ( ) vs. Huygen ( ) Newtons Lichtteilchen, dualistische Auffassung vom Licht Huygens Wellentheorie Der Photoeffekt 3/17 Historische Meilensteine

5 Interferenzversuch von Young ( ) Doppelspaltexperiment Erklärungsproblem: Licht + Licht = Dunkel (?) Erklärung nur mit Wellenbild möglich Maxwell ( ): Elektromagnetischer Charakter des Lichts Der Photoeffekt 4/17 Historische Meilensteine (2)

6 Der Photoeffekt 5/17 Lenards Experimente Qualitative Demonstration des Photoeffekts:

7 Der Photoeffekt 6/17 Lenards Experimente (2) Quantitative Demonstration des Photoeffekts:

8 Der Photoeffekt 7/17 Lenards Experimente (3) Beobachtungen: Unterhalb einer gewissen Grenzfrequenz gibt es keinen Photostrom.

9 Der Photoeffekt 8/17 Lenards Experimente (4) Beobachtungen: Die Geschwindigkeitsverteilung der Elektronen hängt nicht von der Intensität des Lichts ab.

10 Der Photoeffekt 9/17 Lenards Experimente (5) Beobachtungen: Die Zahl der pro Zeiteinheit emittierten Elek- tronen ist proportional zur Intensität des Lichts.

11 Der Photoeffekt 10/17 Lichtquantenhypothese (1905) Einstein geht - ähnlich wie Planck - von thermodynamischen Betrachtungen aus Man darf dem Licht, jedenfalls was die darin steckende Energie angeht, keine kontinuier- liche Erfüllung des Raumes zuordnen Vielmehr liege eine körnige Struktur vor

12 Der Photoeffekt 11/17 Lichtquantenhypothese (2) Erklärung des Photoeffekts:

13 Der Photoeffekt 12/17 Lichtquantenhypothese (3) Fraunhofer, Bohr, Franck und Hertz: Atome sind schwingungsfähige Gebilde mit charakteristischen Eigenfrequenzen Energie des abgelösten Elektrons:

14 Der Photoeffekt 13/17 Lichtquantenhypothese (4) Die dem Ionisierungsvorgang entsprechende Resonanzfrequenz des Atoms ergibt sich zu: Setzt man, so gelangt man zur Einstein-Gleichung

15 Der Photoeffekt 14/17 Akkumulationszeit Mindestwert der klassischen Akkumulationszeit: j = Photonenstromdichte F = Atomarer Querschnitt Beispiel: Sonnenlicht

16 Der Photoeffekt 15/17 Akkumulationszeit (2) Photoeffekt im menschlichen Auge: Reizschwelle menschliches Auge Dies entspricht Rechnet man mit so würde es über drei Jahre dauern, bis Photoelektronen nachweisbar wären. Daraus folgt, dass die klassische Vorstellung vom Licht hier versagt.

17 Der Photoeffekt 16/17 Zusammenfassung. Der Photoeffekt ist also nur erklärbar, wenn wenn man dem Licht Teilchennatur zuschreibt. Andererseits lassen sich Erscheinungen wie beispielsweise Interferenz nur mit einer Wellenvorstellung vom Licht deuten.

18 Der Photoeffekt 17/17 Literatur 1. Harry Paul : Photonen 2. Haken-Wolf : Atom und Quantenphysik 3. Paul Tipler : Physik 4. Gerthsen : Physik


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