Es geht um die Photozelle

Naim · Anmeldungsdatum: 17.04.2007 Beiträge: 8

Also ich hab ne Aufgabe in Physik bekommen...für die ich leider nur ne Vermutung habe!

Also hier mal die Aufgabe:

Die zur Untersuchung des lichtelekrischen Effekts verwendete Photozelle besitzt eine ringförmige Anode, auf der sich von der Kathode gelöste Caesiumatome niedergeschlage haben. Dadurch ist für die Anode die Austrittsarbeit für Elektronen so groß wie die Kathode. Also werden auch von der anode durch Streulicht Elektonen ausgelöst.

a) Welche Auswirkungen hat dieser Nebeneffekt auf die Messung der Gegenspannung?

b) Wie wirkt sich dieser Effekt bei Licht verschiedener Frequenzen aus, wenn man berücksichtigt, da? die Gegenspannung für die Elektronen von der Anode eine Beschleunigungsspannung ist. Welche Auswirkungen hat dies auf die Bestimmung von h.

Meine Vermutung:
zu a)
Das sich die elektronen ja von der kathode zur Anode und in diesem Fall auch von anode zu kathode bewegen msste die Gegenspannung sehr gering sein??

zu b)
da heb ich nur eine ganz waage Vermutung!

Ich hoffe ihr könnt mir helfen !

Mit feundliche Grüssen
Naim

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hilft es dir da vielleicht erst einmal, dasselbe Experiment ohne den Nebeneffekt durch die Cäsiumatome auf der Anode zu betrachten und zu verstehen, was da passiert und wie man damit das h bestimmen kann?

Magst du dazu zum Beispiel mal in deine Physikbücher oder vielleicht auch hier

http://www.physikerboard.de/htopic,6449,fotoeffekt+gegenspannung.html

spicken? Werden dann deine Vermutungen schon zu konkreteren Überlegungen?

Mit deiner Vermutung zu a), dass die Gegenspannung wohl geringer werden wird, liegst du schonmal gar nicht schlecht smile

Naim · Anmeldungsdatum: 17.04.2007 Beiträge: 8

a) Normalerweise "flitzen" ja die Elektonen, die vom Licht "rausgeschlagen" werden, von der Kathode zur Anode und dadurch das sich Anode negativ aufladet entsteht eine Gegenspannung! Aber in diesem Versuch "flitzen" ja auch Elektronen von Anode zurüch zu der Kathode und dadurch ensteht so ein gewisser Ausgleich. Dies bedeutet das es länger dauert bis sich eine Gegenspannung aufbaut und das diese auch geringer ist.

b) Die frequenz verhält sich ja sozusagen proportinal zu Energie des Photons. Also wenn die Frequenz gross ist wird auch die kinetische Energie des Elektrons grösser und die Elektronen kommen schneller zu der Anode bzw. Kathode. Also ich könnte mir vorstellen das die Frequenz sich auf die Zeit und die Intensität des Effektes auswirkt. h wird sich nicht verändern, da h = ( W(a) + Ekin) / f ist und Ekin und f sich proportinal ist! Ausserdem ist h ja ein Konstante!

Ist das so richtig?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Mit a) bin ich nun schon einverstanden smile

Ich glaube, bei b) dürfte dir beim Nachvollziehen dessen, was die Aufgabenstellung meint, vor allem folgendes helfen:

Stell dir vor, du möchtest mit so einer Messapparatur das h experimentell bestimmen. Und entweder weißt du nicht, dass da Cäsiumatome auf der Anode sitzen, oder du kannst schwer ausrechnen, wie groß der Effekt ist, den diese Atome machen, weil du zum Beispiel nicht weißt, wieviele das sind. Also machst du deinen Versuch und die rechnerische Auswertung erstmal so, als ob da gar keine Cäsiumatome auf der Anode wären.

Was würdest du dann für Ergebnisse bekommen, und wie würden diese Ergebnisse wegen dem Nebeneffekt durch die Cäsiumatome verfälscht? Was für Ergebnisse für h würdest du für verschiedene Lichtfrequenzen, die eingestrahlt werden, erhalten?

Naim · Anmeldungsdatum: 17.04.2007 Beiträge: 8

Wenn die Gegspannung für die Elektronen der Anode als Beschleunigungsspannung fungiert...dann würde das doch bedeuten das sich die Kathode erst negativ auflädt. Würde das nicht bedeuten das man sich die Gegenspannung umdreht sodass sie negativ wird und das würde doch dann bedeuten das auch h negativ wird Die frequenz würde sich dann doch nur auf die kinetische energie auswirken auswirken.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Naim · Anmeldungsdatum: 17.04.2007 Beiträge: 8

Also h würde auf jeden Fall kleiner ausfallen!
Hier eine kleine Rechung:

h*f = W(a) + Ekin -----> h= (W(a) + Ekin)/f

Ekin = e*U

U1 =0.06V --->Ekin1 = 0.096*10^-19 J W(a) = 2.44eV = 3.9*10^-19
U2 =0.02V --->Ekin2 = 0.032*10^-19 J
f1 = 6*10^14 Hz
f2 = 7.38*10^14 Hz
f3 = 5*10^14 Hz

h1(mitU1) = 6.66*10^-34 J * s mit f1
h2(mitU2) = 6.55*10^-34 J * s mit f1

h2(mitU2) = 5.32*10^-34 J * s mit f2
h2(mitU2) = 7.86*10^-34 J * s mit f3

Fazit:
Wenn man bei diesem Versuch das Wirkungsquantum ausrechnen würde es kleiner ausfallen. Dies war wohl auch früher ein Problem bei den Experimenten um h zu berechnen.
Wenn sich die Frequenz verändert, verändert sich wiederrum h, bzw. wenn die Freqeunz grösser, wird h kleiner und wenn die Frequenz kleiner, wird h grösser!

Naim · Anmeldungsdatum: 17.04.2007 Beiträge: 8

ist doch richtig so oder??

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Da bist du den richtigen Überlegungen zwar schon auf der Spur, aber ich glaube, du hast da noch eine falsche Annahme gemacht, als du dreimal dasselbe U2 für die drei verschiedenen Frequenzen verwendet hast.

Denn auch wenn man den Versuch "ohne Cäsiumatome auf der Ringanode" macht, dann bekommt man ja schon verschiedene Spannungen U1 für verschiedene Frequenzen. (höhere Spannungen, wenn die Frequenz höher wird).

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Magst du mal überlegen, ob sich der Elektronenstrom von der Anode zur Kathode ändert, wenn man die Frequenz des Lichtes verändert, aber dabei dieselbe Anzahl von Photonen pro Zeiteinheit einstrahlt? (Ich glaube, das ist der Gedankengang, auf den die Aufgabenstellung dich mit dem Tipp zur "Beschleunigungsspannung" bringen will.)

Und magst du dir vielleicht sogar überlegen, wie die U(f)-Diagramme aussehen, die man A) ohne den Zusatzeffekt und B) mit dem Zusatzeffekt messen wird? Hat man also eine Chance, dem Störeffekt "Cäsiumatome auf der Ringanode" durch die Auswertung der Messergebnisse auf die Schliche zu kommen?

Naim · Anmeldungsdatum: 17.04.2007 Beiträge: 8

Guten Abend!

Unter Umständen ändert die Frequenz den Elektronenstrom, da sich ja auch die Energie der Photonen ändert. Es können also mehr Elektronen rausgeschlagen werden oder weniger. Aber hauptsächlich wirkt sich die Frequenz auf die kinetische Energie der Elektronen auf und somit auf die Geschwindigkeit. Die Gegespannung fungiert für die Elektronen der Anode als Beschleunigungsspannung.

Normalerweise sieht man beim Uf- Diagramm eine Grade die immer die gleiche steigung 1/h besitzt und sich die sich nur durch deren Nullstellen und deren y-achsenabschnitt unterscheidet. Die Nullstelle ist die Grenzfrequenz und der y-Achsenabschnitt die Austrittsarbeit.

Auch hier schön zu sehen: http://www.bmo.physik.uni-muenchen.de/buecher/optik-lwp/Bilder_5/Fig.ph05.bunt.pdf

Nach meiner Meinung wird sich durch den Zusatzeffekt die Steigung der
Grade ändern. Wobei sich entweder auch die Grenzfrequenz oder die Austrittsarbeit ändern. Ich dachte das sind materialabhängige Konstanten?
Naja die Grenzfrequenz könnte sich wohl ändern??

Mit freundlichen Grüssen
Naim

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Mit so einem konkreten Bild, wie du es gefunden hast, kann man das ganze in der Tat noch schöner und besser überlegen smile

Du hast ja in der a) schon festgestellt, dass durch unseren Zusatzeffekt die gemessene Gegenspannung, die sich zwischen Kathode und Ringanode einstellt, kleiner wird.

Wenn du jetzt noch überlegst, dass es alle Elektronen, die aus den Cäsiumatomen auf der Ringatome herausgeschlagen werden, es bis zur Kathode schaffen (denn sie sehen ja keine bremsende Gegenspannung, sondern nur eine beschleunigende Spannung auf ihrem Weg), dann ist es diesen Elektronen egal, welche Frequenz das Photon hatte, das es geschafft hat, sie aus der Anode herauszuschlagen. Also sollte die Verringerung der Gegenspannung durch unseren Zusatzeffekt nicht von der Frequenz der Photonen abhängen, die auf die Apparatur geschossen werden.

Was erwartest du also konkret damit für eine Veränderung in dem Graphen? Verändert sich tatsächlich die Steigung? Oder verändert sich nur der y-Achsenabschnitt der Geraden?

Naim · Anmeldungsdatum: 17.04.2007 Beiträge: 8

Hallo!

Ich dachte eigentlich das der y-Achsenabschnitt für die Austrittsarbeit steht? Aber wenn sich die Gegenspannung auch ändert müsste sich eingentlich auch der y-Achsenabschnitt ändern!

Die Steigung muss sich ändern, da ja die Steigung der Grade mit 1/h definiert wird und h verändert sich ja definitiv!

Mal noch ne ganz andere Frage: Man rechnet wenn man z.B Ekin ausrechnet immer die maximale Energie eines Elektrons aus oder? Meine Erklärung: Man rechnet ja immer mit den Werten die maximal sind, aber es kann auch sein, das zum Beispiel ein Photon weniger Energie hat als das andere oder?

Mit freundlichen Grüssen
Naim

Naim · Anmeldungsdatum: 17.04.2007 Beiträge: 8

ach nee die steigung ist ja grade h und berechnet sich ja h = Delta E/Delta f !
Also die Steigung der Grade verändert sich, weil sich auch h verändert!
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dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich würde nicht von vorneherein davon ausgehen, dass sich das h, das bei der Auswertung dieses Experiments herauskommt, sich durch diesen Nebeneffekt ändert. Denn wenn man den Nebeneffekt und seine Auswirkung auf die Gerade in dem Graphen gut genug verstanden hat, dann kann man ja möglicherweise die Auswertung einfach dementsprechend richtig machen.

Magst du lieber direkt überlegen, was man bei dem Experiment inclusive Nebeneffekt für einen Graphen bekommt, und was für Werte man damit für die Austrittsarbeit (y-Achsenabschnitt) und für die Geradensteigung h bekommt, wenn man diese Werte direkt aus dem Graphen entnimmt, in dem man die Ergebnisse für e*U über f aufträgt ?