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Qualitative Experimente zum Photoeffekt

Wir wollen die von Hallwachs wahrgenommene Wechselwirkung von Licht und Materie in einigen prinzipiellen Versuchen qualitativ verstehen. Eine quantitativ genauere Untersuchung folgt später im Kurs.

Im Labor sieht der Versuchsaufbau wie folgt aus:

Versuchsaufbau zum Nachweis des Photoeffekts im Labor
Versuchsaufbau zum Nachweis des Photoeffekts im Labor

Grundsätzlich verfolgt man für den Nachweis des Photoeffekts dieses einfache Versuchsprinzip:

Versuchsaufbau zum Photoeffekt
Versuchsprinzip zum Photoeffekt (Skizze)

Methode

Zunächst wird eine Zinkplatte (Zn-Platte) auf den Kopf eines Elektroskops gesteckt. Dann wird die Zn-Platte unterschiedlich aufgeladen und der Einfluss auf das Elektroskop 1. ohne Licht bzw. 2. mit Licht beobachtet. Als Lichtquelle kann man eine Quecksilberdampflampe (Hg-Lampe) benutzen.

1. Versuch (ohne Hg-Lampe):

Lädt man die Zn-Platte positiv oder negativ auf, so bleibt der Ausschlag des Elektroskops bestehen. Das bedeutet, dass keine Entladung stattfindet. Vorausgesetzt dabei werden muss, dass keine Entladung der Platte durch die Luft erfolgt (hinreichend trockene Raumluft etc.).

2. Versuch (mit Hg-Lampe):

a) Wird die positiv aufgeladene Zn-Platte mit Licht der Hg-Lampe bestrahlt, so bleibt der Ausschlag des Elektroskops bestehen. D.h. es findet keine Entladung statt.

b) Im Fall der negativ aufgeladenen Zn-Platte kommt es bei Bestrahlung mit der Hg-Lampe zu einer Entladung des Elektroskops (siehe obiges Bild). Verwendet man aber einen Filter bzw. eine Glasscheibe zwischen Zn-Platte und Lampe, so bleibt der Ausschlag bestehen (es findet keine Entladung der Platte statt).

Aus diesem recht einfachen Versuchsprinzip ergibt sich folgende fundamentale Fragen:

  • Warum löst Tageslicht (1. Versuch) im Vergleich zum Licht der Hg-Lampe (2. Versuch) keine Entladung der negativ geladenen Zn-Platte aus?
  • Und warum verhindert die Glasplatte bei Nutzung einer Hg-Dampflampe die Entladung der negativ geladenen Zn-Platte?
Multiple-Choice
Was kann man aus der Nichtentladung des Elektroskops im Fall einer positiv geladenen Zn-Platte über den Bereich sagen, in dem die kinetischen Energie $E_{kin}$ der ausgelösten Elektronen liegt?

Die Spannung zwischen Zn-Platte und Erde betrage dabei ungefähr 1 kV.
0/0
Lösen

Hinweis:

Bitte kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. Es können auch mehrere Aussagen richtig oder alle falsch sein. Nur wenn alle richtigen Aussagen angekreuzt und alle falschen Aussagen nicht angekreuzt wurden, ist die Aufgabe erfolgreich gelöst.

Vorstellung des Online-Kurses Quanteneffekte & Struktur der MaterieQuanteneffekte & Struktur der Materie
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Quanteneffekte & Struktur der Materie

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

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  • Entwicklung der Quantentheorie
    • Einleitung zu Entwicklung der Quantentheorie
    • Photoeffekt
      • Einleitung zu Photoeffekt
      • Qualitative Experimente zum Photoeffekt
        • Einleitung zu Qualitative Experimente zum Photoeffekt
        • Einfluss der Lichtfrequenz und Lichtintensität
  • Welle-Teilchen-Dualismus
    • Einleitung zu Welle-Teilchen-Dualismus
    • Photoeffekt - Die Gegenfeldmethode - quantitative Analyse
      • Einleitung zu Photoeffekt - Die Gegenfeldmethode - quantitative Analyse
      • Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums
      • Das Photonmodell
        • Einleitung zu Das Photonmodell
        • Photostromstärke
        • Masse, Energie und Impuls von Photonen
      • Herleitung der Compton-Formel
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