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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 Photozelle
Aufbau einer Photozelle

Merke

Gegenfeldmethode

Im Prinzip hat man es mit einer Vakuum-Photozelle zu tun.

Die Kathode (K) ist mit einem (Alkali)-Metall beschichtet, auf welches monochromatisches Licht bestimmter Frequenzen trifft. Die abgelösten Elektronen fliegen zur Ring-Anode (A), was in einem Stromfluss der Stromstärke $I$ registriert wird.

Um die (kinetische) Energie $E_{kin}$ der Elektronen auf eine elektrische Messung zurückzuführen, kann man eine Spannung $U$ anlegen, welche die Elektronen abbremst. Ist $U$ so groß, dass kein Strom mehr fliesst, so gilt

$E_{kin}=eU$,

worin $e$ die elektrische Ladung des Elektrons bezeichnet.

Die obige Gleichung bedeutet, dass die kinetsche Energie $E_{kin}$ eines Elektrons vollständig in elektrische Energie $eU$ umgewandelt wurde. Dadurch erreichen die Elektronen die Anode nicht mehr und die gemessene Stromstärke ist 0.

Details zur Versuchsdurchführung

Als Lichtquelle benutzen wir eine Quecksilberdampflampe (Hg-Lampe). Zu beachten ist dabei, dass die Hg-Lampe ein Linienspektrum besitzt. Demzufolge muss der Farbfilter so eingestellt werden, dass immer nur das Licht einer Linie durch den Filter gelangt. Vor die Vakuum-Photozelle platziert man zusätzlich eine hinreichend enge Kreisblende, damit die Anode nicht direkt bestrahlt wird.

Da die entstehenden elektrischen Ströme (Photoströme) sehr gering sind, verwendet man zur Hilfe einen Verstärker am Strommessgerät. Falls das Strommessgerät bereits sehr empfindlich reagieren sollte, kann man den Verstärker weglassen.

Nun wird die an der Photozelle liegende Gegenspannung $U$ so eingestellt, dass kein Photostrom mehr fließt.

Multiple-Choice
Warum ist es zur präzisen quantitativen Messung des Photoeffekts wichtig, einen evakuierten Glaskolben (Vakuum-Photozelle) zu verwenden?
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
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Quanteneffekte & Struktur der Materie

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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
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