Probleme bei Klausuraufgabe Photoeffekt

hyperbel · Gast

Hi Leute!

Schreibe eine Physikklausur nach, weil ich ne ganze Weile nicht da war und musste alles nacharbeiten. Aber an dieser stelle komme ich nicht klar. Kann mir jemand tipps geben, wie ich die aufgabe lösen kann?

"schätzen sie durch rechnung die zeit ab, die vom beginn der beleuchtung einer natrium-photozelle vergeht, bis nach den vorstellungen der wellentheorie der photoeffekt einsetzen sollte(nehmen sie z.B. an, die photozelle wird von einer 25-w-glühbrine, die 4% der aufgenommenen elektrishcen energie in licht umsetzt, aus einer entfernung von 1m beleuchtet. der durchmesser eines na-atoms beträgt 3,7*10^(-10)m)
vergleichen sie das ergebnis mit dem tatsächlichen effekt und ziehen sie eine mögliche konsequenz für die modellvorstellung vom photoeffekt."

iich weiß nicht wie ich vorangehen soll. und überhaupt der ansatz ist mir nicht klar. also kann mir bitte jemand helfen? Hilfe

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Da sollst du ausrechnen, wieviel Energie pro Zeit von der Glühlampe bei dem Atom ankommt. Ich vermute, am besten magst du das schrittweise tun:

* elektrische Energie pro Zeit, die in die Glühlampe fließt

* Energie pro Zeit, die die Glühlampe in Form von Licht abgibt

* Energie pro Zeit, die in Form von Licht beim Atom ankommt

* Nachschlagen, wieviel Energie man braucht, um ein Elektron aus einem Na-Atom herauszuhauen (Austrittsarbeit), und ausrechnen, wie lange eine Lichtwelle auf das Atom "scheinen" muss, bis das Atom diese Austrittsarbeit abbekommen hat.

hyperbel · Gast

danke erstma ich werd mich mal ransetzen Thumbs up!

hyperbel · Gast

könnten wir vllt die aufgabe gemeinsam durchrechnen, du sagst ich soll zuerst die elektrische enerige pro zeit ausrechnen, soll ich dann dort die formel

benutzen?
ich komme mti der aufgabe gar nicht klar nützen mir die angaben, wie weit die photozelle von metall entfernt ist?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ja. Das U*I kennst du bereits, wo steht das nämlich in der Aufgabenstellung?

hyperbel · Gast

Na

ist ja die elektrische leistung und die ist ja angegeben, also 25 W ist

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Einverstanden smile

Was ist also im nächsten Schritt nun die Energie pro Zeit, die die Glühbirne in Form von Licht abgibt?

hyperbel · Gast

ich würde mal sagen

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ja, das war die elektrische Energie pro Zeit vom ersten Schritt.

Dann kannst du jetzt ja mit der Lichtenergie pro Zeit den zweiten Schritt machen.

hyperbel · Gast

meinst du damit ich soll für E die formel für die energie eines photons einsetzen?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Nein, lies einfach mal in der Aufgabenstellung weiter, was steht denn da nach "25-W-Glühbirne" ?

hyperbel · Gast

na 4% der aufgenommenen elektrishcne energie in licht umsetzt

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ja

Also ?

hyperbel · Gast

muss man also den Quotienten

mit 4/100 multiplizieren?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ja

Also ?

hyperbel · Gast

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hm, wie du auf diese Formel und dieses Ergebnis kommst, kann ich nicht so recht nachvollziehen. Da hast du die Einheit vergessen und wohl beim Formeln-Aufstellen oder beim Formeln-Interpretieren etwas durcheinandergebracht.

Ich schlage vor, du bezeichnest die elektrische Energie pro Zeit, die die Glühbirne aufnimmt, mit der Variable

, und die Lichtenergie pro Zeit, die die Glühbirne aussendet, mit

.

Magst du mit diesen Bezeichnungen noch mal explizit hinschreiben:

* Wie groß ist das

? (Einheit nicht vergessen?)

* Und wie kannst du

aus

berechnen?
* Wie groß ist also

?

hyperbel · Gast

Also, ich habe nochmal alles nach deinen Fragen formuliert:

1) Wie groß ist das

2) Wie kann man

aus

berechnen?

Indem man den Quotienten mit

multipliziert

3) Wie groß ist also

?

Ich hoffe, so ist das alles richtig

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ja, ich glaube, nun meinst du das richtige. Jetzt fehlen da nur noch die konkreten Werte. Wie lauten die?

hyperbel · Gast

aso, am Anfang haben wir ja gesagt, dass

ist, also

sein muss. Demnach gilt also für

ich hoffe, die werte sind richtig...

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ja, die Zahlenwerte sind nun richtig smile

Nur bei den Einheiten musst du jeweils immer das "/s" weglassen, da die Einheit der Leistung P ja Watt ist und nicht Watt/Sekunde.

--------------------------------------------

Das abgestrahlte Licht geht nun ja gleichmäßig in alle Richtungen weg. Also trifft nur ein kleiner Teil des Lichtes auf das Na-Atom im Detektor. Wie groß ist die Lichtleistung

, die auf das Atom trifft?

Tipp: Du weißt, welche Fläche das Atom dem Licht bietet, und du kanst ausrechnen, welche Oberfläche eine Kugel mit Radius 1 m hat.

hyperbel · Gast

also, ich habe erstmal die oberfläche einer kugel mit 1m radius berechnet, die beträgt

und die oberfläche des natrium atoms beträgt

. Die obere kugel strahlt ja licht mit der energie 1W aus. aber sie trifft ja auf dem natrium atom auf, muss man denn da icht ein verhältnis berechnen?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Mit der Idee mit dem Verhältnis bist du auf dem richtigen Weg smile

Magst du nochmal deine Formel für die Kugeloberfläche überprüfen? (Welche Formel hast du da genommen?) Da muss noch ein Fehler drin gewesen sein.

hyperbel · Gast

für die oberfläche der kugel gilt doch

ich weiß wo der fehler liegt, für die kugel gilt als radius 1 m, also d=2m, somit wäre die oberfläche der kugel

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Einverstanden smile

hyperbel · Gast

aber die aufgabe ist doch noch nciht geklärt, die zeit ist doch gesucht, nach der der photoeffekt einsetzt

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ja. Du warst dabei, mit den Flächen und mit deiner Idee für das Verhältnis das

auszurechnen.

Wie weit bist du damit schon gekommen?

hyperbel · Gast

Nun, ich habe es folgendermaßen ausgerechnet:

das verhältnis der oberflächen ist ja

, also kann ich folgende glichung aufstellen:

, dann habe ich es nach x umgeformt und für rausbekommen:

, somit habe ich die Leistung, die auf ein Natriumatom trifft.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Mit deinem Rechenweg bin ich einverstanden smile

Aber magst du lieber nochmal die Zahlenwerte kontrollieren, die du da eingesetzt hast?

hyperbel · Gast

oje, habe das pi vergessen^^
also

formel für kugeloberfläche:

somit lautet die oberfläche der kugel, die das licht aussendet:

für das natriumatom, welches den durchmesser

hat, gilt demnach

, also gilt:

und das ergibt gerade

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

OK

Nun brauchst du für den nächsten Schritt die Energie, die man "laut der Wellentheorie braucht, um in einem Na-Atom den Photoeffekt auszulösen", wie die AUfgabenstellung sagt.

Kannst du diese sogenannte Austrittsarbeit für Na nachschlagen?

hyperbel · Gast

ach ja, sorry, das sich die einheiten weglasse, ich bin es von meiner lehrerin gewohnt, denn bei ihr können wir in has die einheiten weglassen und extra eine einheitenbetrachtung machen, nur das ergebnis muss in seiner richtigen einheit stehen...ist zwar blöd*hehe*aba ich bin es halt gewöhnt...werde das ab jetzt ändern Prost

hyperbel · Gast

ahhh, die austrittsarbeit für natriumatome beträgt 2,3eV

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Freut mich smile

Mit dem Wert für die Austrittsarbeit bin ich auch einverstanden.

Wie braucht es also nun, bis das Atom diese Energie abbekommen hat, wenn es mit der Leistung

bestrahlt wird?

hyperbel · Gast

es gilt ja

nach t umgestellt lautet es

E ist die austrittsarbeit 2,3eV und in joule umgerechnet ist es 3,6846 * 10^(-19)J, also

also setzt bei natriumatomen der photoeffekt nach ca. 10 sekunden ein.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Nach den Vorstellungen des Wellenmodells, ja smile

So, und jetzt kommt der Vergleich dieses Ergebnisses mit dem tatsächlichen Effekt: Muss man tatsächlich 10 Sekunden lang dieses Licht draufstrahlen, bis da ein Photoelektron rauskommt? Kommt da tatsächlich immer alle 10 Sekunden ein Photoelektron heraus?

Beschreibt das Wellenmodell die gemessenen Ergebnisse des Photoeffekts also richtig?

hyperbel · Gast

eigentlich nicht, oder?denn wenn man zum beispiel eine zinkplatte mit uv-licht betsrahlt kommt doch am elektromikroskop sofort ein auschlag und nicht nach 10 sekunden...10 sekunden würde doch bedeuten, dass man eine gewisse lichtintensität benutzt und auf den effekt sozusagen warten muss, aber da das licht seine energie sofort an die elektronen abgibt und diese dann diese in form von kinetischer energie bentuzen um aus der platte zu entkommen, gibt es meiner meinung nach doch keine zeit

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Wie kann man das ganze denn dann beschreiben, wenn nicht mit dem Wellenmodell?

hyperbel · Gast

mit dem teilchenmodell, also licht in form von teilchen, photonen, denk ich ma

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Einverstanden smile

Was würdest du denn aufgrund des Teilchenmodells hier für ein Ergebnis des Experimentes erwarten?

Wird regelmäßig immer nach rund 10 Sekunden ein Photoelektron freigesetzt?

Oder kommen die Photoelektronen in unregelmäßiger Folge?

Was würdest du ungefähr als mittleren Zeitabstand zwischen zwei Photoelektronen erwarten? Kleiner, gleich oder größer als die 10 Sekunden? Welche der Photonen in dem Licht setzen Photoelektronen frei?