Hallwachs-Experiment. Bestrahlung einer geladenen Zinkplatte mit dem Licht einer Quecksilberdampflampe

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1 Hallwachs-Experiment Bestrahlung einer geladenen Zinkplatte mit dem Licht einer Quecksilberdampflampe Skizziere das Experiment Notiere und Interpretiere die Beobachtungen

2 Photoeffekt Bestrahlt man eine (negativ) geladene Metallplatte mit Licht so können Elektronen austreten. Hierzu ist UV-Licht nötig

3 Photoeffekt - Zusammenhänge Bestimme die Versuchsaspekte, von denen der Photoeffekt abhängig ist und plane einen Versuchsaufbau, der diese Zusammenhänge untersucht

4 Photoeffekt Zusammenhänge II Lies S. 360/361 im Metzler Physik (alt) Versuche 9/2 und 9/3 und verfasse mit Hilfe der folgenden Begriffe einen eigenen Text Cäsium Frequenz des Lichts Zink maximale kinetische Energie Tageslicht Elektronen herauslösen Gegenspannung elektrisches Feld abbremst Spannung, so gepolt Mindest- Frequenz

5 Vertiefende Aufgaben Bestimme das Ergebnis der Messung: Bei der Bestrahlung von Cäsium mit Licht der Frequenz 6, Hz haben die austretenden Elektronen eine maximale kinetische Energie von (siehe Messwerte im Metzler S. 361) Fertige eine Skizze des Versuchs an, in der das Licht als Welle, das Elektron als kleiner Kreis mit Minus und die Gegenspannung als Polung der beiden Elektroden (+/-) kenntlich gemacht werden. Die Bewegungsrichtung des (oder eines) Elektrons soll als Pfeil eingezeichnet werden.

6 Photoeffekt messen Wir messen den Photoeffekt: Tabelle der Messwerte (welche Größen müssen gemessen werden welche berechnet) Graphische Darstellung der Ergebnisse (was muss wie aufgetragen werden) Auswertung / Interpretation der Ergebnisse

7 Das Planck sche Wirkungsquantum Man stellt fest, dass die Steigung der Geraden nicht vom Material abhängig ist. Was bedeutet dies? Energie in Portionen Quantenphysik Der Quantensprung groß oder klein? diskontinuierliche Veränderung!

8 Röntgenstrahlung Mit der Planckschen Gleichung kann Licht eine Energie zugewiesen werden: Licht bzw. die Lichtquanten haben also genau dann eine besonders Hohe Energie, wenn die Frequenz besonders hoch ist, was nach gleichbedeutend ist mit einer besonders kurzen Wellenlänge.

9 Bragg-Reflexion Bei den Wellenlängen der Röntgenstrahlung ist es nicht mehr möglich, Untersuchungen mit Gittern durchzuführen, da diese zu geringe Spaltbreiten haben müssten. Man bedient sich daher den Atomschichten in einem Kristall Aufgabe: Lies Metzler S. 326/327 beginnend mit der Zusammenfassung der Eigenschaften von Röntgenstrahlung bis vor Versuch 7/47. Bereite einen Vortrag vor, in dem du Versuch 7/46 und seine Bedeutung erklärst und die Bragg-Gleichung herleitest (bzw. Dorn-Bader S. 220 Abschnitt 4 Bragg)

10 Aufgaben Bragg-Reflexion S. 221 A2 Erkläre den Versuchsaufbau V1 auf S. 220 Welche Wellenlänge hat die Röntgenstrahlung, wenn bei einem NaCl-Kristall mit Netzebenenabstand 282pm ein Glanzwinkel von 30 gemessen wird?

11 Drehkristallmethode

12 Aufnahme eines Spektrums Zwischen dem Winkel und der Wellenlänge bzw. der Frequenz gibt es einen (nicht proportionalen) Zusammenhang (siehe Bragg-Gleichung) Wir nehmen die Intensität unter verschiedenen Winkeln auf und erstellen ein Winkel-Intensitätsdiagramm. Dazu nehmen wir zunächst Messwerte in 10 -Abständen auf und erstellen ein Diagramm. Dann: Beschreibe den Verlauf gib Besonderheiten an interpretiere

13 Aufgaben Erkläre die Begriffe charakteristische Strahlung und kontinuierliche Strahlung bzw. Bremsstrahlung. In einer Röntgenröhre durchlaufen Elektronen eine Potentialdifferenz von 40kV. Berechnen Sie die kurzwellige Grene der Röntgenstrahlung. Zeige, dass allgemein zwischen der kurzwelligen Grenze und der Beschleunigungsspannung die Beziehung gilt

14 Aufgaben II Mit Hilfe der Bragg-Reflexion an einem Lithiumfluoridkristall mit der Gitterkonstante g=201 pm wurden bei verschiedenen festeingestellten Reflexionswinkeln die Beschleunigungsspannungen gemessen, bei denen eine Emission von Röntgenstrahlung begann: α U a in kv 19,8 17,6 15,8 14,6 13,5 12,5 Berechne zunächst aus der Braggschen Reflexionsbedingung die Wellenlängen, und stelle dann die Spannung in Abhängigkeit von der Frequenz graphisch dar. Bestimme aus der Graphik das Plancksche Wirkungsquantum.

15 Atomphysik Bei der Ballmer-Lampe entstehen scharfe Spektrallinien, abhängig von der gewählten Gasfüllung Dies wird erklärbar durch den Atomaufbau und das Bohr sche Atommodell. Den Elektronen sind auf den verschiedenen Schalen, verschiedene Energieniveaus zugeordnet. Beim Springen zwischen diesen Bahnen wird die Energiedifferenz als Lichtimpuls dieser bestimmten Farbe nach freigesetzt.

16 Atommodell nach Bohr Aus der einsteinschen Gleichung ergibt sich die DEBROGLIE-Wellenlänge zu einer Masse (oder umgekehrt): Auf diese Weise kann einer Masse eine Wellenlänge zugeordnet werden und umgekehrt: Bohr konzipierte nun davon ausgehend sein Atommodell, mit dem die Spektrallinien des Wasserstoff-Atoms erklärt werden können. Eine Ausweitung auf größere Atome war jedoch nicht möglich.

17 Atommodell nach Bohr II Die Bohr schen Postulate: 1. Elektronen befinden sich auf Kreisbahnen um den Atomkern, deren Länge einem Vielfachen der DEBROGLIE-Wellenlänge des Elektrons entspricht. 2. Auf diesen Bahnen verliert das Elektron keine Energie (sonst würde es in den Kern stürzen eigentlich müsste aber ein bewegtes Elektron elektromagnetische Wellen abstrahlen) 3. Ein Springen zwischen diesen Bahnen ist möglich, dabei werden Lichtquanten abgegeben

18 Bohrscher Bahnradius Das Elektron wird durch elektromagnetische Kräfte auf der Bahn gehalten, es gilt Nach dem 1. Postulat gilt: Daraus ergibt sich die potentielle Energie auf der im Feld zu und die kinetische Energie Bestimme und und dann die Energien Dann Aufgabe A1 auf S 277

19 Franck-Hertz-Versuch

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