Photoeffekt

aus ZUM-Wiki, dem Wiki für Lehr- und Lerninhalte auf ZUM.de
Wechseln zu: Navigation, Suche

Thema/Anforderungen

Thema: Quantenphysik

Sekundarstufe: II

EPA-Sachgebiet: Quantenobjekte


Aufgabe

Im Wasserstoffspektrum findet man charakteristische Serien von Spektrallinien. Zu vier dieser Spektrallinien aus der Balmer-Serie wird die Photospannung bestimmt. Dabei werden 2 verschiedene Photokathoden verwendet. Man erhält die folgenden Messwerte:

a. Bestimme für die Kathode 1 das Plancksche Wirkungsquantum und identifiziere das Material der Photokathode!
b. Mache dasselbe für Kathode 2 und nimm kritisch zum Ergebnis Stellung!

Spektrallinie f1 f2 f3 f4
Frequenz 7,31 6,91 6,17 4,57 ·10 ^{14} Hz
Kathode 1 Spannung 0,51 0,34 0,04 kein Messwert V
Kathode 2 Spannung 1,08 0,99 0,72 0,11 V

Hilfsmittel: GTR, Formelsammlung

Lösung

Die Messwerte werden in 4 Listen eingetragen und dann als Datenplots dargestellt. Anschließend wird eine lineare Regression vorgenommen. Die Werte für die Ablösearbeit in eV können direkt aus den Gleichungen der Regressionsgeraden übernommen werden. Zur Berechnung von h müssen die Steigungen der Geraden noch mit der Elementarladung multipliziert werden. Dann erhält man die unten aufgeführten Werte.

Photoeffekt.jpg

a. ausgefüllte Kreise: Kathode 1
h = 6,58·10 ^{-34} Js
W _A = 2,5 eV
Material: Barium
einfache Kreise: Kathode 2
h = 5,78·10 ^{-34} Js
W _A = 1,53 eV
Material: nicht identifizierbar
b. Die beiden Geraden müssten parallel verlaufen, da in beiden Fällen h die Steigung ist. Beim Material 2 liegt eine erhebliche Abweichung vom Literaturwert vor. Denkbar ist ein systematischer Messfehler. Das Material findet sich nicht in der Tabelle in der Formelsammlung.

Bemerkung: Die Daten lassen sich zwar durch Statistik-Zoom darstellen; eine Veränderung der Fenster-Einstellungen ist dann aber nicht mehr möglich! So lässt sich der Schnittpunkt mit der Hochachse nicht mehr darstellen.