äußerer Lichteffekt

moneten21 · Gast

Aufgabe 557 (Atomphysik, äußerer lichtelektrischer Effekt)
Zur Untersuchung des Photoeffekts wird ein Metall im Vakuum mit Licht bestrahlt und die kinetische Energie der aus dem Metall austretenden Elektronen mit Hilfe der Gegenspannungsmethode gemessen.
a) Nennen Sie ein Ergebnis dieser Untersuchungen, das nicht mit dem Wellenmodell des Lichts erklärt werden kann.
b) Erklären Sie das unter a) genannte Ergebnis mit Hilfe des Begriffes Photon! Gehen Sie dabei auf die Energiebilanz beim Photoeffekt ein!
Bei der Bestrahlung eines Metalls mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen werden folgende Gegenspannungen UG gemessen:
λ in nm
578
546
436
405
UG in V
0,14
0,27
0,82
1,05
c) Stellen Sie in einer Wertetabelle die entsprechenden Frequenzen des Lichtes und kinetischen Energien der Photoelektronen gegenüber!
d) Stellen Sie in einem Diagramm die kinetische Energie der Photoelektronen in Abhängigkeit von der Frequenz des Lichtes dar!
e) Ermitteln Sie anhand Ihres Diagrammes die Grenzfrequenz und die Austrittsarbeit in der Einheit eV. Um welches Metall könnte es sich handeln?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Dann fang doch mal an... wir helfen dann gerne weiter.

moneten21 · Gast

Alles klar.

a) Das Wellenmodell beschreibt, dass wenn die Lichtintensität ausgeprägter ist, dann hat man eine viel größere Amplitude, jedoch hat man keinen Unterschied bei dem äußerern Lichteffekt, wenn man die Amplitude erhöht.
Es hängt mit der Frequenz zusammen und zwar desto höher die Frequenz ist, umso mehr Elektronen können, rauskristallisiert werden.

b) Es muss eine gewisse Grenzfrequenz erreicht werden, damit die Elektronen aus dem Plättchen oder aus dem Medium rausgeschleust werden. Umso höher die Frequenz ist, desto höher ist die Energiebilanz und somit auch die Konzentration der Energieportionen der Teilchen. Das Licht ist gequantelt d.h dass man bestimmte Teilchen hat, welche Photonen genannt werden.

c)

Daraus kann man die Frequenzen berechnen, aber zur Energie habe ich leider keine Idee, ich würde dennoch, wenn ich jetzt die Frequenz zu einer bestimmen Wellenlänge berechnet habe, dann es in die normale Formel einsetzen:

Und auch zu d) entfällt mir auch, wie ich dies umwandeln muss.

Vielen Dank

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

a) und b) klingen doch schonmal ganz ok (modulo "Feinheiten").

zu c): Was gibt Dir denn UG an? Was kann man daraus schliessen?

moneten21 · Gast

Ich würde vermuten, dass

die sogenannte Grenzspannung angibt, wegen des Buchstabens im Index, bei einer bestimmten Wellenlänge hat eine bestimmte Grenzspannung, dann würde ich vermuten, dass man auch bei einer bestimmten Frequenz auch eine gewisse Grenzspannung besitzt.

Oder ist die Grenzspannung die Spannung, die mindestens erreicht werden soll, damit die Elektronen rausgelöst werden sollen ?

moneten21 · Gast

Mir ist da noch etwas eingefallen, kann dieses

die sogenannte Gegenspannung sein.
Dann fällt mir auch ein Ansatz zur Berechnung der Energie ein:

Durch diese Gegenspannung werden die Elektronen, die von der Kathode zur Anode wandern abgebremst und somit konnte man dann auch die maximale kinetische Energie eines Photons bestimmen.
Und die Gegenspannung ist erst null, wenn die kinetische Energie auch null beträgt.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

moneten21 · Gast

Ich habe versucht einen Wert zu berechnen, damit ich mir zu 100 % sicher bin, dass ich dies verstanden habe. smile

Bestimmung der Frequenz:

wobei

Und die Energie:

, wobei

Um nun ein Diagramm zu zeichnen, wäre meine Idee, diese kleinen bzw. großen Werte anders zu schreiben:

Und zur letzten Aufgabe fällt mir auch nun ein Ansatz ein und zwar könnte man sich die Werte auf dem y-Achsenabschnitt und auf der x-Achse betrachten, für die Grenzfrequenz und der Austrittsarbeit, aber muss ich etwas in eV umwandeln, weil da steht in eV!

Wie überprüfe aber nun, um welches Metall es sich handelt ?

Vielen Dank

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Du hast Dich bei der Lichtgeschwindigkeit um eine Zehnerpotenz vertan und Du solltest Dir mal überlegen ob (oder wann) es Sinn macht 20 Stellen einer Zahl anzugeben.

eV ist ein Mass von Energy, d.h. Du kannst Joule in eV umrechnen. Noch einfacher ist es gleich zu sehen, dass 0.14V*e=0.14eV Augenzwinkern

Die Austrittsarbeit von verschiedenen Metallen kannst Du dann nachschlagen, z.B. hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Austrittsarbeit