Exercise:
Das Planck`sche Wirkungsquantum h kann mit Hilfe der Gegenfeldmethode in einer Fotozelle experimentell ermittelt werden. abcliste abc Erläutere mithilfe einer aussagekräftigen Skizze den Aufbau und die Durchführung dieses Experiments. P abc Deute den lichtelektrischen Effekt quantentheoretisch. Gehe dabei insbesondere auf den energetischen Aspekt des Vorgangs ein.P abc Man erhielt folge Messwerte Kathodenmaterial: Caesium: center tabularx.textwidth|l||X|X|X|X| hline leftWellenlänge lambdarightnm & & & & hline leftU_gmaxrightV & . & . & . & . hline tabularx center Stelle die maximale Gegenspannung U_gmax in Abhängigkeit von der Frequenz f des Lichts grafisch dar Maßstab: pqeHzpqcm; pq.Vpqcm.P abc Bestimme mithilfe des Diagramms einen Näherungswert für h die Grenzfrequenz f_g und die Austrittsarbeit W_A des Kathodenmaterials. P abcliste

Solution:
abcliste abc Aufbau: graphic includegraphicswidth.textwidth#image_path:fotozelle# graphic Aufbau:Fotozelle besteht aus Ringanode und einer Metallschicht meist Caesium die als Kathode fungiert.Eine Lochble begrenzt das einfalle Licht.Als Lampe wird meist eine Quecksilberdampflampe verwet.Der Farbfilter vor der Fotozelle filtert Licht einer bestimmten Wellenlänge heraus.Zwischen Kathode und Anode wird eine regelbare Bremsspannung angelegt die mit dem Voltmeter gemessen werden kann. Das Amperemeter misst den sog. Fotostrom welcher durch die Wanderung der Elektronen von der Kathode zur Anode entsteht.Durchführung:Man verwet Licht unterschiedlicher Frequenzen. Man beobachtet nun die Stromstärke in Abhängigkeit von der Gegenspannnung und reguliert diese solange bis der Fotostrom auf Null abgesunken ist. Dieser Wert wird zusammen mit der Wellenlänge notiert. abc Der lichtelektrische Effekt tritt sofort auf und ist unabhängig von der Intensität des einfallen Lichts. Dies kann mit der Wellentheorie des Lichts nicht erklärt werden. Einstein ging von der Annahme aus dass die Energie des Lichts immer portionsweise auf ein Elektron übertragen wird. Derartige Energieportionen bezeichnete Einstein als Photonen oder Lichtquanten.In der Quantentheorie existiert Licht also in Teilchenform. Die Photonen können ihre Energie dabei immer nur auf ein Elektron übertragen und ein Elektron kann immer nur die Energie eines einzigen Lichtquants aufnehmen. Beim Fotoeffekt absorbiert entsprech ein Elektron in der Kathodenschicht die Energie eines Photons. Das Lichtquant überträgt hierbei seine gesamte Energie h f vollständig auf das Elektron.Damnit das Elektron den Metallverband verlassen kann muss eine sogenannte Austrittsarbeit W_A geleistet werden. Ist die vom Photon absorbierte Energie größer als W_A so besitzt das Elektron nach dem Austritt die kinetische Energie:E_kinE_Ph-W_Ah f-W_A.Bei der Fotozelle entspricht dabei die kinetische Energie der maximalen elektrischen Energie bei der der Fotostrom auf Null absinkt: E_kinE_elq U_gmax abc Mit der Gleichung clambda f berechnet man die Frequenzen:pq.eHz pq.eHz pq.eHz pq.eHz. abc Zeichnerisch erhält man: f_gpq.eHz und W_A bei Upq-.V.Mit E_kinE_ele U erhält man für die Austrittsarbeit W_Apq.eVpq.JDie Steigung entspricht dem Planch`schen Wirkungsquantum: hfracdelta E_kindelta f. abcliste graphic includegraphicswidth.textwidth#image_path:fotoeffekt# graphic