Anleitung zum Laborversuch. h-bestimmung

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1 Laborpraktikum Physikalische Grundlagen Anleitung zum Laborversuch h-bestimmung Stand Aufgabenstellung Bestimmung des Planck schen Wirkungsquantums h mithilfe des äußeren photoelektrischen Effekts. 2. Grundlagen Beim äußeren photoelektrischen Effekt werden Elektronen durch Lichteinstrahlung aus einer Metalloberfläche gelöst. Neben dem äußeren photoelektrischen Effekt gibt es noch den inneren photoelektrischen Effekt, der in Halbleitern dazu führt, dass sie leitend werden (Photoleitung) bzw. die Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie bewirkt (photovoltaischer Effekt). Der äußere photoelektrische Effekt kann sehr gut erklärt und demonstriert werden, während die Verhältnisse beim inneren photoelektrischen Effekt in Halbleitern wesentlich kompliziertere Annahmen erfordern. Der äußere Photoeffekt ist leichter nachvollziehbar Der äußere photoelektrische Effekt Wird eine Metalloberfläche mit Licht bestrahlt, so werden Elektronen freigesetzt und verlassen das Metall. Dieser Effekt wurde 1888 von dem Physiker Wilhelm Hallwachs ( ) in Dresden entdeckt. Der Physiker Philipp Lenard ( , Schüler von Heinrich Hertz, Nobelpreis 1905) untersuchte diesen Vorgang zwischen 1899 und 1902 intensiv und stellte folgende Sachverhalte fest: Die kinetische Energie der ausgelösten Elektronen ist von der Intensität des auffallenden Lichts unabhängig und hängt nur von der Frequenz des Lichts ab. Lediglich die Anzahl der freigesetzten Elektronen (also der Fotostrom) hängt von der Intensität des Lichts ab. Ab einer bestimmten unteren Grenzfrequenz f G werden überhaupt keine Elektronen mehr ausgelöst, unabhängig von der Intensität des eingestrahlten Lichts. Später wurde ein weiterer merkwürdiger experimenteller Befund realisiert: Wenn Elektronen freigesetzt werden, beginnt der Vorgang ohne Zeitverzögerung mit dem Beginn der Bestrahlung, auch bei äußerst geringen Bestrahlungsintensitäten. Diese drei experimentellen Befunde waren mit dem bis dahin geltenden Verständnis von Licht als elektromagnetische Welle, beschrieben durch die klassische Maxwell sche Theorie des Lichts, nicht zu erklären. Insbesondere konnten folgende Fragen innerhalb dieser Theorie nicht beantwortet werden: Die von einer Welle transportierte Energie ist proportional zum Amplitudenquadrat und damit proportional zur Intensität. Warum hängt die Energie der freigesetzten Elektronen nicht von der Intensität ab? Warum werden unterhalb einer Grenzfrequenz des bestrahlenden Lichts überhaupt keine Elektronen mehr freigesetzt, selbst wenn die Bestrahlungsintensität beliebig gesteigert wird?

2 Bei sehr geringen Bestrahlungsintensitäten müssten nach theoretischer Erwartung die später freiwerdenden Elektronen erst eine gewisse Zeit im Rhythmus der Wellenfrequenz eine Schwingung mit ständig steigender Amplitude ausführen, ehe sich die Schwingung soweit aufgeschaukelt hat, dass genug Energie zum Verlassen des Metallverbandes angesammelt wurde. Warum sind auch bei geringsten Intensitäten mit Beginn der Bestrahlung sofort freigesetzte Elektronen nachweisbar? Abbildung 1: Äußerer photoelektrischer Effekt [1] Etwa zeitgleich, im Herbst 1900, leitete Max Planck ( ) für die Wärmestrahlung eines erhitzten Festkörpers die Strahlungsdichte als Funktion der Frequenz f her. Seine Formel erhielt die Bezeichnung Planck sches Strahlungsgesetz. Dabei benutzte er die Annahme, dass die elementaren Sender in den Wänden des Strahlers ihre Energie nicht kontinuierlich ändern können. Vielmehr verändern sich diese Energien nur in diskreten Sprüngen, d.h. die Elementarsender können nur definierte Energieportionen, sogenannte Quanten abstrahlen. Diese Energiequanten E = h f sind in ihrer Größe proportional zur abgestrahlten Frequenz f. Der Proportionalitätsfaktor wird als Planck sches Wirkungsquantum h bezeichnet, dessen Zahlenwert außerordentlich klein ist [2]: h = (6, ± 0, ) Js (1) 2.2. Photonen 1905 gelang Albert Einstein ( ) auf der Basis der Planck schen Quantentheorie eine genial einfache theoretische Beschreibung des photoelektrischen Effekts. Falls Licht nur in definierten Energieportionen abgestrahlt werden könne, müsste das Licht aus einer großen Zahl dieser Energieportionen bestehen. Diese Energieportionen besäßen wie ein kleines schnell bewegtes Teilchen eine Energie E sowie einen Impuls p. Einstein führte für diese Lichtteilchen den Begriff Photonen ein. Diese Photonen konzentrieren ihre Energie auf einen eng begrenzten Raum. Im Gegensatz dazu verteilt sich die Energie einer Welle gleichmäßig verdünnt auf die gesamte Phasenfläche. Die Energie E der Photonen ist direkt proportional zur Frequenz f. Der Betrag des Impulses p ist indirekt proportional zur Wellenlänge λ: 1 E = h f (2) 1 Zur Herleitung des Photonimpulses p wird der Wellencharakter des Lichts ausgenutzt: Da sich das Photon mit Lichtgeschwindigkeit c bewegt, gilt p = m c. Aus der relativistischen Masse-Energie-Äquivalenz E = m c 2 2

3 und p = h λ (3) Der photoelektrische Effekt findet nun eine Erklärung als Wechselwirkung zwischen einem Elektron und einem Photon. Man beachte, dass diese Wechselwirkungen, die zur Freisetzung der Elektronen führen, nur Zufallsprozesse sind. In der Regel sind es nur wenige Prozent der beteiligten Photonen, die auch ein Elektron freisetzen. Es finden daneben viele elastische Stöße, also ganz normale Reflexionen des Lichts an der Metalloberfläche statt. Bei der Wechselwirkung zwischen einem Photon und einem im Metall frei beweglichen Elektron überträgt jeweils das Photon seine Energie vollständig an ein einzelnes Elektron, aber nicht an mehrere Elektronen. Das Photon selbst verschwindet bei diesem Prozess. Wenn die Energie des Photons groß genug ist, kann ein Elektron mit der Masse m e die Austrittsarbeit W A, die zum Verlassen des Festkörpers notwendig ist, überwinden (siehe auch Kapitel 2.4). Die Energie zur Überwindung der Austrittsarbeit bleibt im Festkörper, d.h. diese Energie steht dem Elektron nach dem Austritt aus dem Festkörper nicht mehr zur Verfügung. Wird die Lichtfrequenz etwas größer gewählt, dann erhält das austretende Elektron zusätzlich die kinetische Energie E kin = 1 2 m ev 2 und damit eine Geschwindigkeit v. Die Energiebilanz lautet dann, dass die eingestrahlte Photonenenergie E ph = h f gleich der Summe aus Austrittsarbeit W A und kinetischer Energie der Elektronen E kin ist: hf = W A m ev 2 (4) Damit ist die erste Frage geklärt: Die kinetische Energie der freigesetzten Elektronen hängt für ein gegebenes Material (Austrittsarbeit W A konstant) nur von der Frequenz des Lichts ab. Auch die zweite experimentelle Feststellung erklärt sich mit diesem Modell: Das Photon muss mindestens die Energie haben, die zur Verrichtung der Austrittsarbeit W A ausreicht, d.h. das Licht muss eine genügend große Frequenz f G (Grenzfrequenz) haben Mittels f = c λ ergibt sich dann die Grenzwellenlänge λ G zu h f G = W A (5) λ G = c h W A (6) Für Wellenlängen λ > λ G findet kein Photoeffekt statt. Die Lichtintensität ist in dieser neuen Vorstellung nach Einstein proportional zur Anzahl der Photonen. Bei geringer Intensität sind also nur wenige Photonen vorhanden, aber jedes dieser Photonen besitzt genug Energie, um ein Elektron freizusetzen. Damit ist auch der dritte experimentelle Befund, dass freigesetzte Elektronen sofort nach Beginn der Bestrahlung auch bei geringster Intensität nachweisbar sind, erklärt. folgt dann p = E h f sowie mittels Gleichung (2) p =. Schließlich nutzen wir die für Wellen gültige Relation f = c c c h f zwischen Frequenz f, Wellenlänge λ und Phasengeschwindigkeit c aus: p = = h. λ c λ 3

4 Diese Vorstellung über das Licht wird als Welle-Teilchen-Dualismus bezeichnet. Nach der Quantentheorie ist elektromagnetische Strahlung weder nur eine Welle noch nur ein Teilchen. In vielen Experimenten (Beugung, Reflexion, Brechung) weist sie typische Welleneigenschaften auf, während sie in anderen Experimenten (Photoeffekt, Comptoneffekt) Teilcheneigenschaften aufweist. Auch manche praktische Anwendungen wie etwa die Photovoltaik erfordern eine Vorstellung, dass Licht aus winzigen Teilchen besteht. In Wirklichkeit ist Licht wohl weder das eine noch das andere, es fehlen uns die makroskopischen Vergleiche. Die mathematische Beschreibung dieses Dualismus liefert die Quantenmechanik. Einstein erhielt im Jahr 1922 für die quantenmechanische Erklärung des Photoeffekts (nicht für die Aufstellung der Relativitätstheorie!) den Nobelpreis für Physik Die Einheit Elektronenvolt (ev) Die Energie eines Photons hat, verglichen mit Energiewerten, die wir bei mechanischen Prozessen beobachten, einen um viele Zehnerpotenzen kleineren Zahlenwert. Bezogen auf den Stoßpartner Elektron ist die Energie jedoch erheblich. Philipp Lenard führte für die Energieangabe bei Elektronen die Einheit ev (sprich Elektronenvolt) ein. Diese Einheit bezeichnet die Energie, die ein Elektron erhält, wenn es eine bestimmte Potentialdifferenz (Spannung) U durchläuft. E = e U mit e = 1, As (7) Dabei bedeutet e die Elementarladung des Elektrons. Durchläuft das Elektron eine Spannung U = 1 V, erhält es die Energie E = e 1V = 1, As 1 V = 1, J (8) Dabei wurde AsV = AVs = Ws = J ausgenutzt. Man erhält die Beziehung 1eV = 1, J (9) Mit der für Wellen gültigen Relation f = c können wir die Energie eines Photons mit der Energie eines λ Elektrons vergleichen, und die Spannung U berechnen, die ein Elektron durchlaufen müsste, um die Energie eines Photons der Wellenlänge λ zu erlangen: U = E e = hf e = hc e 1 λ = 1, Vm λ (10) Damit hat beispielsweise ein Elektron, das eine Spannung von 1,24 V durchlaufen hat, die gleiche Energie wie ein Photon der Wellenlänge λ = 1 μm. Sichtbares Licht hat Wellenlängen zwischen λ = 0,8 μm (rot) und λ = 0,4 μm (blau). Das bedeutet, dass die Energie der sichtbaren Photonen zwischen E = 1,55 ev (rot) und E = 3,1 ev (blau) liegen. In der Optoelektronik und insbesondere in der Photovoltaik werden die Photonenenergien meist in ev angegeben Austrittsarbeit Die Austrittsarbeit W A ist ein Maß für die Energie, mit der das Elektron an die Kristallstruktur des jeweiligen Festkörpers gebunden ist. Die Austrittsarbeit ist materialabhängig und wird zusätzlich von der Reinheit der Oberfläche des Materials bestimmt. Für die meisten Metalle ist die Austrittsarbeit W A > 4 ev, d.h. ein Photoeffekt tritt nur bei ultravioletter Bestrahlung ein. Aber bereits wenige Fremdatome 4

5 auf der Oberfläche (z.b. Sauerstoffadsorption aufgrund von Oxidation) können die Austrittsarbeit deutlich verändern. Das Alkalimetall Cäsium eignet sich gut für den vorliegenden Versuch, denn die Austrittsarbeit beträgt bei Zimmertemperatur nur W A 2 ev. Ein Photoeffekt ist also bei sichtbarem Licht gut nachweisbar Bremsspannung und Photozelle Um aus Gleichung (4) das Planck sche Wirkungsquantum zu bestimmen, benötigt man die kinetische Energie der Photoelektronen. Diese lässt sich auf verschiedenen Weisen messen. Denkbare wäre, die Fluggeschwindigkeit zu vermessen, was allerdings sehr aufwändig ist. Einfacher ist es, die sogenannte Bremsspannung zu bestimmen. Dazu wird eine Photozelle verwendet, in der sich zwei Metallplatten im Vakuum gegenüberstehen. Die eine Platte K wird monochromatisch beleuchtet, die andere Platte A bleibt im Dunkeln. Beide Platten sind mit einer variablen Spannungsquelle verbunden. Die Platte, an die der positive Pol der Spannungsquelle angelegt wird, nennt man Kathode, während die negative Platte Anode genannt wird. Einige der aus der Kathodenplatte K durch die eingestrahlten Photonen herausgelösten Elektronen bewegen sich in Richtung Anodenplatte A, wo sie aufgrund der negativen Anoden-Vorspannung abgestoßen werden. Nur Elektronen mit einer genügend hohen kinetischen Energie können diese Gegenspannung überwinden und so im Messinstrument als Photostrom I registriert werden. Wenn die Gegenspannung U soweit erhöht wird, dass gerade keine Elektronen mehr die Platte A erreichen können, spricht man von der Bremsspannung (oder auch Haltepotential) U m Die Elektronen werden dann so stark abgebremst, dass sie anhalten. Die anfängliche kinetische Energie der schnellsten herausgelösten Photoelektronen wird also aufgrund der angelegten Bremsspannung auf null reduziert, d.h. die beim Durchlaufen der Bremsspannung U m erhaltene Energie entspricht der anfänglichen kinetischen Energie der gerade herausgelösten Elektronen: Einsetzten in Gleichung (4) ergibt dann: e U m = E kin (11) h f = W A + e U m (12) Für eine ausgewählte Lichtfrequenz f (d.h. Farbe) ergibt sich also genau eine Bremsspannung U m, für die die Photoelektronen nicht mehr an der Platte ankommen und damit der Photostrom auf null abfällt. Wird nun die Frequenz des eingestrahlten Lichtes geändert, dann wird eine andere Bremsspannung U m ermittelt. Die Bremsenergie e U m ist somit eine lineare Funktion der Frequenz f: Diese Gleichung wird in der Auswertung genutzt, um h zu ermitteln. 3. Versuchsdurchführung Die Aufgaben des Laborversuchs sind: e U m = W A + h f (13) a) Das Licht von fünf verschiedenen LEDs mit Wellenlängen zwischen 472 nm (blau) und 611 nm (rötlich) wird auf eine Cäsium-Metalloberfläche gestrahlt und damit Elektronen herausgelöst. 5

6 b) Durch die Regelung der Spannung zwischen der Cäsium-Photokathode und der Anode werden die zugehörigen Haltespannungen ermittelt. c) Mittels linearer Regression können das Planck sche Wirkungsquantum h und die Austrittsarbeit W A (Cs) des Cäsiumkathodenmaterials bestimmt werden. d) Das ermittelte Ergebnis des Planck schen Wirkungsquantums h exp wird mit dem Literaturwert h theo verglichen und die Abweichungen unter Berücksichtigung der Messfehler diskutiert Versuchsaufbau Unter der zylinderförmigen Abdeckung (1) des Messgerätes befindet sich eine Photozelle, die aus einer Kathode und einer ringförmigen Anode besteht. Die Oberfläche der Kathode besteht aus einer dünnen Schicht Cäsium. Bei eingeschaltetem Gerät liegt zwischen den beiden Elektroden eine Spannung an, die über die Regler (5) und (6) grob und fein verändert werden kann. Zur Bestimmung des Planck schen Wirkungsquantums h verwenden Sie fünf LEDs mit verschiedenen Wellenlängen (Farben zwischen rot und blau). Das ausgesandte Licht der LEDs tritt durch die Öffnung der ringförmigen Anode und trifft auf die Oberfläche der Kathode. Durch das eingestrahlte LED-Licht werden Elektronen aus der Cäsiumoberfläche der Photokathode herausgeschlagen, und es fließt ein Elektronenstrom von der Kathode zur Anode. Dieser wird über ein Nano-Amperemeter (3) gemessen bzw. nachgewiesen. Die veränderliche Gegenspannung zwischen Anode und Kathode (Regler 5 und 6) wird so lange erhöht, bis kein Strom mehr bis zur Anode fließt. So kann für jede LED die Bremsspannung U m ermittelt werden. Abbildung 2: Messgerät für den photoelektrischen Effekt (1) Schutzabdeckung für die Photozelle (2) LED Aufnahmerohr (3) Nano-Amperemeter erlaubt empfindliches Messen des Photostroms (4) Voltmeter zur Messung der Bremsspannung (5) Drehknopf zur groben Einstellung der Bremsspannung (6) Drehknopf zur feinen Einstellung der Bremsspannung (7) Drehknopf zur feinen Einstellung der Intensität der Lichtquellen (8) Buchse für die Lichtquellen (9) Buchse für die Stromversorgung (10) LEDs mit Verbindungskabel 3.2. Versuchsdurchführung Mit dem vorliegenden Messgerät können Sie für fünf verschiedene LEDs mit den Wellenlängen 611 nm, 588 nm, 525 nm, 505 nm und 472 nm die dazugehörigen Bremsspannungen messen. Um die Genauigkeit der Messungen zu erhöhen, messen Sie jede Bremsspannung fünfmal. Diese Messungen wiederholen Sie für reduzierte Lichtintensitäten. 6

7 Arbeitsschritte 1. Stellen Sie die Intensität der Lichtquellen (7) zunächst auf 75% ein. 2. Schließen Sie das hintere Ende einer LED-Lichtquelle an die Buchse für die Spannungsversorgung (8) und das vordere Ende der LED auf das Aufnahmerohr der Photozelle (2). 3. Drehen Sie den Feineinstellknopf (6) der Gegenspannung in die Mittelstellung. 4. Nun drehen Sie den Grobeinstellknopf (5) der Gegenspannung solange, bis der im Nano-Amperemeter (3) beobachtete Photostrom gegen Null geht. 5. Regeln Sie mit dem Feineinstellknopf (6) den Photostrom exakt auf null. Die Digital-Anzeige wechselt nun zwischen (.000) und (-.000) Nanoampere. 6. Notieren Sie die am Voltmeter (4) angezeigte Bremsspannung U m in eine Tabelle (siehe Tabelle 1) oder tragen Sie den Messwert direkt in eine Excel-Tabelle ein. 7. Nun wiederholen Sie die obigen Schritte 2-6 mit den anderen LEDs. Damit ist ein Messzyklus für die Intensität von 75% absolviert. 8. Führen Sie den Messzyklus vier weitere Male durch, so dass Sie am Ende zu jeder Wellenlänge fünf Messwerte der Bremsspannung erhalten haben. 9. Stellen Sie nun die Intensität der Lichtquelle auf 50% und wiederholen Sie die obigen fünf Messzyklen. Hinweise: Bei Beginn des Labors etwa 3 Minuten warten, bevor Sie mit der Einstellung der Bremsspannung beginnen. Am Ende der Messungen bitte die Schutzhaube über die LED-Aufnahme der Photozelle schieben! 3.3. Messtabelle Wellenlänge λ LED 611 nm LED 588 nm LED 525 nm LED 505 nm LED 472 nm Bremsspannungen U m im Messzyklus 1 bei einer Intensität von 75% Bremsspannungen U m im Messzyklus 2 bei einer Intensität von 50% Tabelle 1: Ermittlung der Bremsspannungen U m für die Messzyklen 1 und 2 7

8 4. Auswertung Die Auswertung des Versuchs erfolgt mittels Gleichung (13) e U m = W A + h f, die die Form einer Geradengleichung f(x) = a + bx aufweist. Da h und W A konstant und somit von der Frequenz f der Photonen unabhängig sind, kann zur Auswertung die lineare Regression angewendet werden, um sowohl h als auch W A zu bestimmen. Trägt man die fünf gemittelten Bremsenergien e U m gegen die fünf Photonenfrequenzen f in ein Diagramm ein, müssen die Wertepaare auf einer Geraden liegen. Graphisch stellt somit h die Steigung in diesem Diagramm und W A den y-achsenabschnitt dar. Beachte: Für verschiedene Kathodenmaterialien variiert der y-achsenabschnitt der entsprechenden Geraden, während der Anstieg der Geraden vom Kathodenmaterial unabhängig ist. Anmerkung: Im vorliegenden Versuch wird der Photoeffekt mit Hilfe von LEDs verschiedener Farben sehr einfach erlebbar. Diese hohe Praktikabilität hat allerdings ihren Preis. Wir wollen hier daher anmerken, dass der Einsatz von LEDs nur bedingt geeignet ist, wenn man das Experiment zum Photoeffekt exakt nachstellen möchte. Denn zum einen sind die Frequenzen des LED-Lichtes von dem durch die LED fließenden Strom in geringer Weise abhängig, wodurch die Beobachtung der Unabhängigkeit der Bremsspannung von der Intensität der Lichtstrahlung beeinträchtigt wird. Zum anderen lässt sich die Lichtfrequenz nicht kontinuierlich durchstimmen, so dass die Grenzfrequenz nicht experimentell erlebbar wird. Hinweise zur Fehlerrechnung: Die Messung der Bremsspannungen ist mit erheblichen Messungenauigkeiten behaftet, die im Wesentlichen auf zwei Ursachen zurückzuführen sind: Die von LEDs ausgestrahlten Lichtfrequenzen sind leicht von dem durch die LED fließenden Strom sowie der Betriebstemperatur abhängig. Um die Intensität einer LED zu variieren, wird der LED- Strom geregelt. Bei der Regelung der Intensitäten kommt es somit zu leichten Veränderungen der Lichtfrequenzen und damit zu Abweichungen in den gemessenen Bremsspannungen. Eine weitere Fehlerquelle liegt in der Empfindlichkeit der Fotozelle begründet. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass auch an der Anode Elektronen ausgelöst werden können, wenn die Oberfläche geringfügig verunreinigt ist. Dazu reichen einige wenige Atomlagen. Aus der Cäsiumkathode können abhängig von der Temperatur Cäsiumatome abdampfen, die sich dann auf der Anode niederschlagen können und das Ergebnis verfälschen. Durch die Mittelung der gemessenen Bremsspannungen und die anschließende lineare Regression können Sie die Genauigkeit der zu bestimmenden Größen erhöhen Bremsspannungen Berechnen Sie jeweils für Messzyklus 1 und Messzyklus 2 (75% und 50% Intensität) die Mittelwerte der Bremsspannungen für jede LED. Vergleichen Sie die Bremsspannungen für beide Intensitäten und kommentieren Sie Ihr Ergebnis. 8

9 4.2. Planck sches Wirkungsquantum und Austrittsarbeit Berechnen Sie aus den gegebenen Wellenlängen der fünf LEDs mittels der Relation f = c die zu- λ gehörigen Frequenzen f. Berechnen Sie unter Berücksichtigung von Gleichung (13) aus den Mittelwerten der Bremsspannungen für 75% Intensität mittels linearer Regression (siehe Anleitung zur Fehlerrechnung) das Planck sche Wirkungsquantum h und die Austrittsarbeit W A der Cäsiumkathode (in ev). Tipp: Nutzen Sie ein Tabellenkalkulationsprogramm für die Berechnung der linearen Regression. Berechnen Sie unter Berücksichtigung von Gleichung (13) aus den Mittelwerten der Bremsspannungen für 50% Intensität mittels linearer Regression das Planck sche Wirkungsquantum h und die Austrittsarbeit W A der Cäsiumkathode (in ev). Berechnen Sie mittels linearer Regression die Fehler von h und W A für beide Intensitäten Geben Sie h und W A (in ev) sinnvoll gerundet mit Fehlern für beide Intensitäten an Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse für h mit dem Literaturwert Graphische Darstellung Tragen Sie die gemittelten Bremsenergien e U m gegen die Photonenfrequenzen f in ein Diagramm ein. Bestimmen Sie graphisch die Größen h und W A. 5. Literatur und Links [1] (abgerufen am ) [2] NIST, Physical Reference Data: search_for=universal_in! (abgerufen am ) [3] (abgerufen am ) 9

10 Fragenkatalog Diese Fragen sollten Sie für das Labortestat beantworten können: Was ist das Planck sche Wirkungsquantum? Wovon hängt die Energie eines Photons ab? Welche Größe bestimmt, ob Elektronen ein beleuchtetes Metall verlassen können? Von welchen Größen hängt beim äußeren Photoeffekt die kinetische Energie der Photoelektronen ab? Formulieren Sie die Energiebilanz des äußeren Photoeffektes. Die Austrittsarbeit von Aluminium beträgt W A (Al) = 4,2 ev. Welche Wellenlänge in nm dürfen Photonen höchstens haben, damit ein äußerer Fotoeffekt auftritt? Warum wird im vorliegenden Versuch Cäsium als Photokathodenmaterial verwendet? Wie funktioniert eine Photozelle? Wovon hängt es ab, ob die Elektronen die Anode der Photozelle erreichen oder nicht? Welche physikalische Größe der Photoelektronen wird aus der Bremsspannung abgeleitet? Welche Eigenschaften der aus der Kathode ausgelösten Elektronen ändern sich mit der Wellenlänge des Lichts, welche mit der Intensität des Lichts? Welche drei experimentellen Beobachtungen waren historisch mit dem klassischen Modell Licht als elektromagnetische Welle nicht vereinbar? S. Kröger, A. Bartelt und das Physikteam Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin Fachbereich 1: Ingenieurwissenschaften - Energie und Information Wilhelminenhofstraße 75A D Berlin 10