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Fotoeffekt

Geräte und deren Funktion:

Zinkplatte als Versuchgegenstand, Spiralelektrode zum Auffangen der Elektronen, UV-Lampe mit Netzgerät zur Erzeugung des UV-Lichts, Glühlampe zur Erzeugung von Licht, Voltmeter für die Hochspannung, Hochspannungsquelle, Messverstärker und Voltmeter zum Anzeigen der Ausgabe des Messverstärkers, Glasplatte zum Filtern von UV-Licht.

Versuchsaufbau:


Aufbau mit UV-Lampe


Aufbau mit Glühlampe

Versuchsdurchführung:

Zuerst wird die Zinkplatte mit Schleifpapier blank geschliffen. Dann wird die Spannung zwischen Zinkplatte und Spiralelektrode auf 1,5kV eingestellt. Danach wird die UV-Lampe angeschaltet und es wird beobachtet, was das Voltmeter anzeigt. Anschließend wird eine Hand in den Strahlengang gehalten. Außerdem wird der Abstand der UV-Lampe von der Zinkplatte variiert. Danach wird eine Glasplatte in den Strahlengang gehalten. Als letztes wird statt der UV-Lampe eine sehr hell leuchtende Glühlampe verwendet.

Versuchsbeobachtungen:

1) Beim Einschalten der UV-Lampe ist fließt eine Strom, den man mit dem Messverstärker meseen kann.
2) Wenn man die Hand vor die Zinkplatte hält, sinkt die Stromstärke praktisch auf null.
2) Je näher die Lampe an die Spiralelektrode kommt, desto größer wird die Stromstärke und umgekehrt.
3) Wenn Glas vor die Lampe gehalten wird, sinkt die Stromstärke fast auf null.
4) Bei Verwendung der Glühlampe ist kein Strom messbar.

Versuchserklärung:

Einsteins Lichtquantenhypothese
Einstein fasste das Licht als Teilchenstrahlung auf. Er nannte diese Teilchen Photonen oder Lichtquanten. Für die Energie der Photonen gilt:

E ph = h f


Die Energie der Photonen wird von den Elektronen des Zinks aufgenommen und zur Verrichtung der Austrittsarbeit Wa verwendet. Der Rest der Energie wird in kinetische Energie umgewandelt. Es gilt folgende Formel:

E ph = E kin W a


Mit dieser Hypothese lässt sich der Versuch sehr gut erklären:
Es fließt Strom, da das UV-Licht Elektronen aus der Zinkplatte herauslöst, diese bewegen sich zur positiv geladenen Spiralelektrode. Vor der Spiralelektrode fließen die Elektronen ab und werden als Strom vom Messverstärker registriert.
Durch die vorgehaltene Hand kommen keine (bzw. kaum) Photonen zur Zinkplatte und somit bleiben die Elektronen dort.
Bei Annäherung der Lampe kommen mehr Photonen zur die Zinkplatte. Somit werden mehr Elektronen als vorher herausgelöst und es fließt mehr Strom.
Durch das Glas kommen keine Photonen des UV-Lichts mehr an die Zinkplatte und somit fließt auch kein Strom. Glas lässt nur Photonen des sichtbaren Lichts durch.
Von der Glühlampe werden nur Photonen ausgesendet, deren Energie nicht ausreicht, um Elektronen aus dem Zink heraus zu lösen. Wenn die Energie der Photonen kleiner als die Austrittsarbeit Wa ist. Die Photonen des UV-Lichts besitzen eine Energie, die größer als die Austrittsarbeit ist und die Photonen des sichtbaren Lichts der Glühlampe besitzen eine Energie die größer ist als die Austrittsarbeit. Deshalb besitzen die Elektronen dann noch kinetische Energie und können zur Spiralelektrode gelangen.
Mit diesem Versuch konne die Quantenhypothese Einsteins betsätigt werden. Licht ist eine Teilchenstrahlung.

Erstellt von Lisa Hentzschler mit Ergänzungen und kleinen Korrekturen durch Herrn Ecker 24.11.2014

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