Welle-Teilchen-Dualismus

Quanteneffekte & Struktur der Materie

Das Kapitel Welle-Teilchen-Dualismus in unserem Online-Kurs Quanteneffekte & Struktur der Materie besteht aus folgenden Inhalten:

1. Welle-Teilchen-Dualismus

   Welle-Teilchen-Dualismus

   

   ... wir zuerst prägnant, was man unter dem Welle-Teilchen-Dualismus verstehtWelle-Teilchen-DualismusDieser Dualismus bezeichnet ein Phänomen, das man bei mikroskopischen Objekten (z.B. Elektronen und anderen Leptonen) beobachten kann. Je nach Art der Beobachtung erweist sich das gleiche Objekt einmal als Welle und ein anderes Mal als Teilchen.Die u.a. im Kapitel Elektromagnetismus angesprochenen Interferenzerscheinungen des Lichts deuten auf einen Wellencharakter des Lichts hin. Wie wir ...

2. Photoeffekt - Die Gegenfeldmethode - quantitative Analyse

   Welle-Teilchen-Dualismus > Photoeffekt - Die Gegenfeldmethode - quantitative Analyse

   

   Wie bereits angesprochen, treten nach der Beobachtung von Hallwachs aus einer Metallplatte, welche mit Licht hinreichend großer Frequenz bestrahlt wird, Elektronen.Die Energie dieser Elektronen lässt sich mit Hilfe der Gegenfeldmethode bestimmen. Das Prinzip der Gegenfeldmethode erlaubt es, die Energiebestimmung der Elektronen auf eine elektrische Messung zurückzuführen.Aufbau einer PhotozelleGegenfeldmethodeIm Prinzip hat man es mit einer Vakuum-Photozelle zu tun.Die Kathode ...

3. Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums

   Welle-Teilchen-Dualismus > Photoeffekt - Die Gegenfeldmethode - quantitative Analyse > Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums

   

   Mit Hilfe der Gegenfeldmethode haben wir die Gleichung$E_{kin}=eU$erhalten.Diese Gleichung liefert uns im Prinzip die Antwort darauf, wie man im weiteren Experiment vorgehen muss.Abhängigkeit der kinetischen Energie $E_{kin}$ der Elektronen von der Frequenz $f$ des Lichts Aus der Besprechung der Gegenfeldmethode in der Photozelle wissen wir, dass die gemessene Gegenspannung $U$, bei der kein mehr Strom fliesst, ein Maß für die kinetische Energie der Elektronen ist.Der Versuch ...

4. Das Photonmodell

   Welle-Teilchen-Dualismus > Photoeffekt - Die Gegenfeldmethode - quantitative Analyse > Das Photonmodell

   

   Das Resultat, das wir für die kinetische Energie der Elektronen beim Photoeffekt erhalten haben, ist bemerkenswert.$E_{kin}=hf-W_A$Auf der einen Seite bestätigt es die Widersprüche zur Wellentheorie des Lichts:Abhängigkeit von der Frequenz des LichtsUnabhängigkeit von der Intensität des LichtsAuf der anderen Seite liefert die Gleichung eine neuartige physikalische Interpretation des Lichts.Photonen (Lichtquanten)Die Energie des Lichts wird von den Elektronen nicht in ...

5. Photostromstärke

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   Nun wissen wir unter welchen Bedingungen der Photoeffekt eintritt. Wenn also der Photoeffekt eintritt, kann man mit Hilfe der Photozelle einen Photostrom nachweisen. Dieser fliesst ja solange, bis eine entsprechende Gegenspannung den Stromfluss beendet.Doch wie kann man nun den Photostrom berechnen?Berechnung des PhotostromsDefinition-Stromstärke des PhotostromsDie Stromstärke $I_{PS}$ des Photostroms ergibt sich aus der herausgelösten Ladung $Q$, die innerhalb einer Zeiteinheit $t$ ...

6. Masse, Energie und Impuls von Photonen

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   Das Photon ist ein Teilchen, das sich mit Lichtgeschwindigkeit $c$ bewegt. Wie man aber aus der Relativitätstheorie weiß, bewegen sich alle Teilchen, die eine Ruhemasse $m_0$ haben, unterhalb der Lichtgeschwindigkeit."Ruhe"-Masse $m_{0}$ eines PhotonsDas Photon hat keine Ruhemasse, da es sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.Energie und ImpulsInsbesondere resultiert mit Hilfe der relativistischen Energie-Impuls-Relation$(\frac{E}{c})^2-p^2=m_0^2c^2$,dass für ein Photonen mit der Energie ...

7. Herleitung der Compton-Formel

   Welle-Teilchen-Dualismus > Compton-Effekt > Herleitung der Compton-Formel

   

   Nach der klassischen Wellentheorie des Lichts würde man eine Verkleinerung der Amplitude der (Licht-)Welle als Folge eines Energieverlustes und nicht eine Wellenlängenänderung erwarten. Ein Ausweg aus dem Problem ergibt sich wie folgt: Elektromagnetische Strahlung bestehe aus Teilchen (Photonen). Diese Photonen treffen auf die Elektronen und werden dabei gestreut.Betrachten wir nun die Streuung eines Photons $\gamma$ mit dem Impuls $\hbar\vec{k}$ an einem freien, nahezu ruhenden Elektron ...