PeP Physik erfahren im Forschungs-Praktikum. Das Spektrum Spektrometrie Kontinuumstrahler Das Bohrsche Atommodell Linienstrahler Halbleiterelemente

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Oswalda Fürst
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1 Die Entstehung des Lichts Das Spektrum Spektrometrie Kontinuumstrahler Das Bohrsche Atommodell Linienstrahler Halbleiterelemente

2 Das elektromagnetische Spektrum

3 Zur Veranschaulichung

4 Untersuchung von Spektren Untersuchung mit dem Gitterspektrometer n λ = d sin Θ tan Θ = y l λ = d sin(arctan( y l) n Untersuchung mit dem Prismenspektrometer Der Brechungsindex ist Wellenlängenabhängig

5 Verwendung eines Gitterspektrometers

6 Temperaturstrahler Ein Temperaturstrahler sendet stets ein kontinuierliches Spektrum elektromagnetischer Wellen aus (Kontinuumstrahler), dessen Maximum sich mit steigender Temperatur zu kürzeren Wellenlängen (von Rot nach Blau) verschiebt: Sonne Glühlampe Halogenlampe Lichtbogenlampe

Vakuum oder Gas Draht wird auf 2600-3000K

7 Beispiele von Temperaturstrahlern Glühlampe: Wolframdraht in Glasglocke mit Vakuum oder Gas Draht wird auf K erhitzt Hauptteil der abgegebene Strahlung liegt im IR- Bereich Sonne: Temperatur auf der Oberfläche der Sonne beträgt rund 6000 K.

auf die Wendel; nicht an Ursprungsstelle Die Halogene verhindern

8 Die Halogenlampe höherer Wendeltemperatur als bei Glühlampen Halogene transportieren einen Teil des verdampften Wolframs wieder auf die Wendel; nicht an Ursprungsstelle Die Halogene verhindern somit nicht das Verdampfen des Wolframs sondern nur die Schwärzung des Glaskolbens

9 Das Bohrsche Atommodell Elektronen bewegen sich ohne Energieverlust auf konzentrischen Bahnen um den Atomkern (Planeten- oder Schalenmodell) erlaubte atomare Bahnen: Umfang Vielfaches der Wellenlänge des Elektrons Jede Schale eines Atoms hat einen eigenen konstanten Energieinhalt En. Wechsel der Schalen durch Aufnahme bzw. Abgabe von Strahlung mit der Energiedifferenz: E = h f = E m E n f: Frequenz der aufgenommenen bzw. abgegebenen Strahlung h: Planck sches Wirkungsquantum

10 Gasentladungslampen An ein, mit z.b. Neon gefülltes Glasrohr, wird eine Hochspannung angelegt Neonatome werden angeregt, d.h. die Elektronen wechseln auf eine höhere Schale Bei Rückkehr in den Grundzustand wird Licht emittiert da nach Bohr nur spezielle Bahnen, und somit Übergänge erlaubt sind entsteht ein Linienspektrum (Linienstrahler)

11 Einige Spektren

12 Halbleiter Physik erleben im

Hauptgruppe verunreinigt ist Ein Element der 4.

13 Dotierung Physik erleben im Ein Element der 4. Hauptgruppe (4 Valenzelektronen) wird als p-dotiert bezeichnet, wenn es mit einem Element der 3. Hauptgruppe verunreinigt ist Ein Element der 4. Hauptgruppe wird als n-dotiert bezeichnet, wenn es mit einem Element der 5. Hauptgruppe verunreinigt ist zusätzliches Elektron wird nicht zur Bindung benötigt Freie Bewegung im Leitungsband

entsprechende Anzahl Löcher wandert in den n- dotierten Teil Löcher und Elektronen rekombinieren

14 Was passiert im Verbund? Physik erleben im + = einige Elektronen wandern über die Grenzschicht in den p-dotierten Teil die entsprechende Anzahl Löcher wandert in den n- dotierten Teil Löcher und Elektronen rekombinieren an der Grenzschicht entsteht eine Spannungsbarriere (Diffusionsspannung) Ud Ein Bauteil, dass aus einem n- und einem p-dotierten Halbleiter besteht wird als Diode bezeichnet

15 Die Diode in Sperrichtung Physik erleben im Spannungsquelle U mit + an der n-schicht und mit - an der p-schicht Die Diffusionsspannung wird um U verstärkt und die Raumladungszone vergrößert Die Diffusion durch den Übergangsbereich wird verhindert es fließt kein Strom

16 Die Diode in Durchlassrichtung Physik erleben im Spannungsquelle U mit - an der n-schicht und mit + an der p-schicht Elektronenfluss in der n- Schicht werden die Elektronen in die Raumladungszone hineingeschoben und in der p-schicht über die Löcher abtransportiert Die Diffusionsspannung wird um U abgeschwächt und die Raumladungszone verkleinert ist die angelegte Spannung größer als die Diffusionsspannung, so kann Strom fließen

Energie E = Ue überwinden Bei der Rekombination mit den Löchern der p-

17 Die Leuchtdiode Physik erleben im Anlegen einer Spannung U > Ud in Durchlassrichtung Die Elektronen können die Spannungsbarriere mit der Energie E = Ue überwinden Bei der Rekombination mit den Löchern der p- Schicht geben sie diese Energie in Form von Strahlung der Energie E = hf ab Somit gilt: eu = hf

18 Die Photodiode Physik erleben im E E

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