Quanteneffekte

Gliederung Der lichtelektrische Effekt Die Gegenfeldmethode Das Hallwachs-Experiment Photozelle Die Gegenfeldmethode h-Bestimmung Grenzen der klassischen Physik Lichtquantenhypothese Quellen

Der lichtelektrische Effekt Auslösung von Elektronen aus Metalloberflächen durch Lichtbestrahlung

Das Hallwachs-Experiment Beobachtungen: Negative Aufladung: Elektroskop wird entladen Positive Aufladung: Elektroskop wird nicht entladen Erhöhung der Lichtintensität hat keinen Effekt auf die Entladung

Genauere Untersuchung des Effekts Verschiedene Intensitäten und Wellenlängen Photozelle: Kalium: Metall Ausgelöste Elektronen werden durch den Anodenring angezogen – Es wird eine Spannung gemessen

Beobachtungen Lichtintensität: hat keinen Einfluss Lichtfrequenz: bestimmte Frequenzen (z.B. rotes Licht) können keine Elektronen auslösen Energiebetrachtung: EAustrittsarbeit+Ekin=ELicht Ziel weiterer Experimente: Bestimmung der kinetischen Energie der ausgelösten Elektronen Offensichtlich gibt es einen Bezug zwischen der Frequenz und der Energie von Licht

Gegenfeldmethode Berechnung der kinetischen Energie der ausgelösten Elektronen Gegenspannung zwischen + und – Erhöhung der Gegenspannung bis kein Strom mehr zu messen ist Dann gilt: Gegenspannung = Wkin der Elektronen Ekin=e*U

Beobachtungen Durch eine Erhöhung der Frequenz des Lichts wird eine höhere Geschwindigkeit der ausgelösten Elektronen erreicht

h-Bestimmung Austrittsarbeit=y-Achsenabschnitt Grenzfrequenz=Nullstelle

Auswertung Linearer Zusammenhang: E=h*f Ekin=m*f+b h= 𝐸2−𝐸1 𝑓2−𝑓1 b=Austrittsarbeit(materialabhängig) m=Steigung (Planck'sche Konstante=h) h= 𝐸2−𝐸1 𝑓2−𝑓1 E=h*f Geradengleichung Zu b: es würden sich parallele Geraden bilden (mit derselben Steigung) E=h*f  b muss vernachlässigt werden da auch die Austrittsarbeit zur Energie des Lichts zählt Einheit von h:J pro Hz

Grenzen der klassischen Physik 1. Existenz einer Grenzfrequenz 2. Unabhängigkeit der Energie der Elektronen von der Intensität des Lichts 3. Abhängigkeit der Energie der Elektronen von der Frequenz des Lichts 4. Sofortiges Einsetzen des Photostroms 4. es würde ca. 5 Sekunden dauern bis die nötige Energie übertragen wäre

Einstein‘sche Lichtquantenhypothese 1. Licht besteht aus Photonen (Lichtquanten) der Energie h*f 2. Monochromatisches Licht besteht aus gleich energiereichen Photonen 3. Eine höhere Anzahl von Photonen pro Zeiteinheit bewirkt ein Ansteigen der Lichtintensität 4. Die Energie von Photonen wird entweder ganz oder gar nicht übertragen Die Energie des Lichts ist also nicht kontinuierlich über den Raum verteilt sondern in Energiequanten lokalisiert 1. Die Energie von Licht wird in bestimmten Energieportionen übertragen

Quellen http://www.joerg- rudolf.lehrer.belwue.de/j/images/physik_os/ quanten/photoeffekt.pdf http://www.leifiphysik.de/web_ph10_g8/um welt_technik/09photoeff_vert/vertiefung.htm http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f /fc/Fotoelektrischer_Effekt.svg