Photoeffekt

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Hallo, ich mal wieder smile

Ich habe diesmal Fragen zum Photoeffekt. Und um nicht wieder 5 vor 12 alles zu lernen fange ich jetzt shcon direkt am Anfang an meine Lücken zu füllen...
Also wir haben heute einen Versuch zum Photoeffekt gemacht.
Ich habe mir auch shcon einiges durchgelesen zum Thema Photoeffekt, aber es glaub ich immernoch nicht richtig verstanden unglücklich

Jedenfalls sollen wir jetzt den Aufbau und die Durchführung beschreiben.
Aber eigentlich weiß ich gar nicht wirklich was ich beschreiben soll...
Ich hab das ganze mal eingescannt

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Magst du einmal mal ein bisschen anfangen, in Worten zu erzählen, was ihr bei dem Versuch konkret gemacht habt?

Wie hast du die Werte herausgefunden, die du in die Spalte "U_Gegenspannung" geschrieben hast? Was war an diesen Werten so besonders, dass ihr sie aufgeschrieben habt?

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Also aufgebaut war das ganze schon.
Um die Werte zu ermiztteln musste immer einer nach vorne gehen. Zuerst musste er was ablesen (die Zahl in nm) allerdings weiß ich leider nicht mehr, was das zu bedeuten hatte... dann wurde mit Hilfe dieser die Frequenz berechnet.
Und zum Schluss musste man dann noch einen Regler so einstellen, dass er bei einem der Messgeräte eine bestimmte Zahl erreicht hat um dann auf dem anderen Messgerät die Gegenspannung (?) abzulesen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Also ich glaube unser Lehrer wollte uns mit der Zeichung oben rechts den Photoeffekt nochmal verdeutlichen. Was das genau darstellen soll, hab ich nicht verstanden.
Also der Ring in der Zeichnung soll die Photozelle sein und das Rote Kabel die Zinkschicht und das gelbe Kabel der Metalldraht

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Ok...ich habe mich nochmal hingesetzt und mein Physikbuch und ein Buch, wa sich mir mal zur Hilfe genommen hab durchforstet.
Eine Freundin hat mir gestern auch schonmal versucht das Ganze zu erklären.
Also die Zeichung oben rechts würde ich jetzt schonmal so beschreiben:
In der Zinwand befinden sich die Elektronen, um diese von der Zinkwand zu lösen benötigen wir UV Licht. Das UV Licht liefert die Ablöseenergie, die die Elektronen von der Wand befreien.
Weiter steht im Buch, dass man UV Licht braucht, weil dieses eine größere Frequenz hat als sichtbares Licht, das würde gar nicht die Ablöseenergie aufbringen.
Was ich allerdings jetzt noch nicht ganz verstehe...Bei unserem Verusch brauchten wir eine Gegenspannung, wofür?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Also im Buch steht, dass die Photoelektronen auf dem Ring landen und diesen negativ auflanden.
Bei unserem Versuch würde ich aber behaupten, dass sie auf dem Metaldraht landen und diesen negativ auflanden, was wir dann dank des Trafos erkennen können.
Den Link habe ich mir angeschaut, allerdings nicht ganz verstanen. Ich konnte die Gegenspannung einstellen und mit dem obersten die Frequenz.
Je größer die Frequenz, desto schneller haben sich die Elektronen bewegt. Mit der Intensität des Lichts änderte sich nicht (das soll doch auch der Fotoeffekt beweisen, oder) und die Gegenspannung hat die Elektronen zurückgestoßen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Ok also das ist jetzt wie ich finde was kompliziert.
Im Buch steht: " In Versuch 4 legen wir von außen veränderbare Spannungen U zwischen CS und den Ring. Bei U=Umax ist der Photostrom Iph=0, da auch die schnellsten Elektronen R nicht erreichen.

In einem anderen Zusammenhang steht , dass die Photoelektronen den Ring soweit negativ aufladen, bis sie die Spannaung Umax= 0,8V erreciht haben. Dann reicht ihre kinetische Energie nicht mehr aus, um zum Ring zu gelangen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Ok gut... der weitere Satz der im Buch steht wär dann: Iph steigt erst, wenn U unter U max sinkt. Vielleicht brauchen wir die Gegenspannung dafür...???

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Die Gegenspannung ist die von außen veränderbare Spannung aus deinem Buch. smile

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Hmmm dann verstehe ich den Sinn der Spannung nicht. Wozu brauchen wir die?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Tipp: Die brauchen wir, weil wir herausfinden wollen, wieviel kinetische Energie die herausgelösten Elektronen haben.

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Ok...die müssen also in irgendeiner Beziehung zueinander stehen.
Ich komme aber nicht dahinter welche...ich hab mir das grad nochmal beim applet angeguckt...aber da werde ich leider auch nicht schlau draus

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Das wundert mich, dass du da noch gar keinen Zusammenhang siehst.

Hast du nicht schon im Unterricht mal gelernt, was mit einem geladenen Teilchen in einem elektrischen Feld passiert?

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

es wird gebremst??

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ja. Also ?

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Ich weiß es nicht...ich bekomme den Zusammenhang nicht hin...

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Wie versuchst du dich denn daran?

Welche Quellen liest du gerade, die dir dabei helfen, das zu verstehen?

Schaust du dir deine bisherige Versuchsbeschreibung und das was du bisher schon dazu verstanden hast und darüber weißt, genauer an?

Rufst du dir nochmal in Erinnerung, was die Photonen mit den Elektronen machen, und wie du die Elektronen dann misst?

...

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Also ich bin nochmal alles durchgegangen und hab auch nochmal eine Freundin gefragt...
Was ich bis jetzt weiß:
Die Elektronen werden durch das UV_Licht von der Zinkschicht gelöst. Die freigesetzen Elektronen transportieren eine Energie. Um diese zu messen brauchen wir die Gegenspannung.
Wir messen, wieviel Gegenspannung wir brauchen, um die Elektronen zu bremsen. Dadurch kommen wir auf ihre kinetische Energie...
War das richtig???

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Genau

Kannst du dir auch schon eine konkrete Formel aufstellen, die sagt, wie groß die Gegenspannung sein muss, damit sie Elektronen mit einer gewissen Energie so stark bremsen kann, dass es die Elektronen nicht bis zu dem Draht schaffen?

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Cool, hätte nicht gedacht, dass das ganze doch so einfach ist smile

Hmmm also ich selbst kann das nicht...aber ich schau mal gerade in das schlaue Buch smile

Da steht: Wmax=hf-WA
Ich hab auch noch eine Frage: Was bedeutet dann der Satz: Bei U=Umax ist der Photostrom Iph=0, da auch die schnellsten Elektronen R nicht erreichen.
Heißt das, dass da die Gegenspannung genau so groß ist wie die kinetische Energie der Elektronen?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Ich habe gerade etwas rausgefunden...
Und zwar ist die Gegenspannung gleich die Energie, aber mit nem minus davor...
Hat das was mit der Richtung zu tun?
Ich bin dadrauf gekommen, weil im Buch die Formel steht: Wmax=hf-Wa
für h hab ich die Naturkonstante 6,626*10^-34 und für Wa die Spannung eingegeben.
Meine Frage von eben bezieht sich auf den Versuch im Buch und auf den Versuch in der Schule.
Also im Buch steht dazu insgesamt: In Versuch 4 legen wir von außen veränderbare Spannungen U zwischen Cs(+) und den Ring (-). Bei U=Umax ist der Photostrom Iph=0, da auch die schnellsten Elektronen R nicht erreichen. Iph steigt erst, wenn U unter Umax sinkt. Dann ist das Feld zwischen Cs(+) und Ring (-)schwächer. Nun landen auch langsamere Photoelektronen auf dem Ring. Sie hatten schon im Metalinneren weniger Energie.

und in der Schule haben wir bei einem der Messgeräte meine ich auch immer gucken müssen, ob es Null anzeigt...

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Erstmal noch zu dem Faktor zwischen Spannung und kinetischer Energie:

Hast du die Formel

schon mal gesehen?

.:Hanna:. · Anmeldungsdatum: 18.10.2008 Beiträge: 56

Also: Ich habe jetzt mal mit Hilfe von Wikipedia versucht den Versuch zu beschreiben. Kannst du mir vielleicht sagen, ob da irgendwo noch ein Fehler drin ist? Wär lieb smile

Aufbau:
Wenn wir den Versuchsaufbau von rechts nach links beschreiben, so ist mit der Stromversorgung der Hg -Lampe zu beginnen. Diese strahlt UV-Licht ab, dass auf eine Sammellinse trifft. Wir benutzen für unseren Versuch UV-Licht, da dieses Licht eine größere Frequenz f als sichtbares Licht hat, und somit die nötige Ablösenergie Wa aufbringen kann, um die Elektronen von der Zinkschicht zu lösen.
Das Licht gelangt weiter durch eine Blende und einen Spektralfilter. Danach gelangt das Licht zur Photozelle, in der es die Elektronen aus der Zinkschicht befördert.
Innerhalb der Photozelle befindet sich ein Metalldraht und eine Elektrode in Form eines Drahtringes. Bei Bestrahlung mit einer Lampe werden Spannung und Strom der Photozelle in Abhängigkeit von der Lichtintensität und der Lichtfarbe gemessen.

Durchführung:

Die Photokathode wird mit Strahlung verschiedener Wellenlängen und UV-Licht bestrahlt. Die verschiedenen Wellenlängen werden abgemessen und in die Tabelle eingetragen. Mit Hilfe der Formel f=c/Y^ in der wir für c 3*10^8 einsetzen erhalten wir die Frequenz in Hz.
Zwischen Photokathode und Ringelektrode wird gemessen. Ist eine gewisse Grenzfrequenz erreicht, so ist kein Photostrom mehr nachweisbar. Wir legen zusätzlich noch eine Gegenspannung U an, die so lange variiert wird, bis der Photostrom gerade Null ist. Diese Spannung, für welche der Photostrom gleich Null ist, sei U0.

Auswertung:
Mit Hilfe eines E (f) Diagramms wollen wir unseren Versuch auswerten:
Bei Kompensation des Stromes zu Null ist die kinetische Energie der Elektronen in Elektronenvolt gleich der Spannung U0 – die Elektronen werden durch das Feld der Spannung U0 gerade soweit abgebremst, dass sie die Auffangelektrode nicht erreichen können:

Ekin = eU0

Trägt man die Ergebnisse aus der Tabelle jetzt in das Diagramm ein (indem man für die y-Ache die kinetische Energie, also U einträgt und für die y-Achse die Frequenz f einträgt), so ergibt sich eine Gerade. In unserem Diagramm, in das wir all unsere Messergebnisse eingetragen haben zeichnen wir eine Ausgleichsgerade. Indem wir nun die Steigung, also m=E/f ausrechnen, berechnen wir im eigentlichen Sinn die Naturkonstante h des planckschen Wirkungsquantums.

Die Austrittsarbeit Wa kann man am negativen Achsenabschnitt der y-Achse ablesen, in dem Punkt, an dem die Ausgleichsgrade die y-Achse schneidet. Die Austrittsarbeit in unserem Versuch beträgt ca. 0,52eV. Als die Austrittsarbeit wird der Energiebetrag bezeichnet, den das Photon braucht um das Elektron von der Zinkschicht zu lösen. Besitzt das Photon, dass das Elektron ablöst mehr Energie, so erhält das Elektron den Überschuss als kinetische Energie.
Die maximale Energie lässt sich wie folgt berechnen:
Wmax=hf-Wa
In unserem Fall wären es nach der oben angegebenen Formel –0,52eV. Ein Elektronenvolt ist die Energie, die ein Teilchen mit der Ladung 1 e (Elementarladung) erhält, wenn es die Spannung von 1 V im Vakuum durchläuft und es dadurch beschleunigt wird und somit kinetische Energie gewinnt.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Das klingt für mich so, als ob du das mittlerweile ziemlich gut verstanden hast smile

Hattest du beim Aufschreiben auch diesen Eindruck?

Oder hast du vielleicht hier und da noch eine Rest-Verständnisfrage, die du gerne noch stellen wolltest?

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Eine konkrete Anmekrung habe ich noch:

Du betonst oben, dass die Lampe UV-Licht liefert, und unten schreibst du, dass als Ablösearbeit des in dem Versuch tatsächlich verwendeten Materials offenbar eine Ablösearbeit von 0,52 eV herauskommt. Magst du mal probehalber ausrechnen, welcher Wellenlänge das entspricht, und folgern, inwiefern das mit dem Material und dem UV-Licht hier tatsächlich zugetroffen haben kann?

*Maria* · Anmeldungsdatum: 06.05.2008 Beiträge: 25

Ok, ist zwar schon en bissel her, aber wir haben den photoeffekt leider jetzt erst in der schule gehabt u dazu hätte ich noch ein paar grundsätzliche fragen (hab mir den thread schon durchgelesen...)
es gibt die photokathode, die aus cäsium o. irgend einen anderen alkalimetall, weil die schwach gebundene valenzelektronen besitzen. ist diese photokathode nun negativ oder positiv geladen? lt. wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Kathode wandern positive ionen, sog. kationen zur kathode, also müsste die kathode doch negativ sein, oder? negativ heißt es gibt einen e-überschuss, so dass die photoelektronen abgegeben werden können...
diese wandern dann zur ringanode, die positv ist (?!), und "fließen" in die rein? dann würde ja i-wann der elektronenmangel an der anode ausgeglichen sein?
irgendwie steht in meinen ganzen phy-büchern immer was andres grübelnd

wär schon, wenn ihr mit dazu helfen könntet
lg maria

wishmoep · Anmeldungsdatum: 07.09.2008 Beiträge: 1342 Wohnort: Düren, NRW

*Maria* · Anmeldungsdatum: 06.05.2008 Beiträge: 25

das mit dem e-kreislauf hab ich jetz verstanden, vielen dank Tanzen

also stimmt das soweit dass die cäs-kathode negativ und die ringanode positiv geladen ist? so würde das für mich nämlich am meisten sinn machen...
lg maria

wishmoep · Anmeldungsdatum: 07.09.2008 Beiträge: 1342 Wohnort: Düren, NRW

Damit der Effekt funktioniert, muss die Kathode nicht negativ aufgeladen werden. Dieser Effekt beschreibt ja gerade, dass die Elektronen herausgeschlagen werden und nicht einfach, wie z.B. beim Glühwendel von alleine austreten bzw. durch eine Spannung herausgelöst werden.

*Maria* · Anmeldungsdatum: 06.05.2008 Beiträge: 25

also WIRD die kathode erst durch den austritt der elektronen negativ? das wär doch quatsch, wenn e- verloren gehen, herrscht ein e-mangel, so dass die kathode positv wird??

oder ist vorher die kathode und die anode überhaupt nicht geladen, "neutral"? aber wenn der stromkreis da ist... *verwirr*

wishmoep · Anmeldungsdatum: 07.09.2008 Beiträge: 1342 Wohnort: Düren, NRW

Ja - sie wird in dem Sinne positiv geladen. Habe ich das irgendwo dementiert? (wenne ja - dann streich es ^^).

Ja - vorher sind beide neutral.
Man kann sich also den Bereich zwischen Kathode und Anode als "Quelle" ansehen. Die Elektronen werden aus der Kathode herausgeschlagen und wandern dann zur Anode und dann beginnt das alles zu fließen.

*Maria* · Anmeldungsdatum: 06.05.2008 Beiträge: 25

danke wishmoep,
jetz is so einiges klarer!!

*Maria* · Anmeldungsdatum: 06.05.2008 Beiträge: 25

sorry, ich muss noch mal nerven...
am anfang, ohne licht, liegt da eine spannung an den elektroden, also an der kathode u. der anode an? dann müssten die doch i-wie geladen sein, oder? oder passiert da nix, weil der stromkreis nciht geschlossen ist?
und was passiert mit den herausgeschlagenen elektronen, wenn die "richtige" gegenspannung eingestellt ist, sprich kein strom mehr fließt? bleiben die e- dann im vakuum oder wandern die zurück zur kathode?
lg maria