3: Kann man Atome sehen????3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle)3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer)3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop)

4. Isotopie und Massenbestimmung5. Kernstruktur des Atoms

6. Das Photon Welle und Teilchen

Huygens: (19. Jahrh.)Licht ist eine Welle

Newton: (18. Jahrh.)Licht sind kleine Teilchen

Newton: Teilchen

Reflektion: Einfallswinkel=Ausfallwinkel

ABER: Wellen werden auch reflektiert! (Stehende Welle)

Newton: Teilchen

Newton: Brechungdurch Kraft an der Oberfläche

ABER: Wellen können unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeithaben

Huygens: Welle

Huygensches Prinzip:Jede Welle zerlegbar in Überlagerung von Kugelwellen

Huygens: Welle

Interferenz und Beugungz.B. Thomas YoungDoppelspalt (1801)

z.B. Interferenz an dünnen Schichten:

Huygens: Welle

1885 Maxwell Gleichungen

1887 Heinrich Hertz: Elektromagnetische Wellen kann man durch Ladungsbewegung aussenden durch Antenne Auffangen

FunkenentladungSender

Empfänger Antenne

InduzierteEntladung

1885 Maxwell Gleichungen

1887 Heinrich Hertz: Elektromagnetische Wellen kann man durch Ladungsbewegung aussenden durch Antenne Auffangen

Maxwell & Hertz

Sieg des Wellenbildes?

3: Kann man Atome sehen????3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle)3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer)3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop)

4. Isotopie und Massenbestimmung5. Kernstruktur des Atoms

6. Das Photon Welle und Teilchen6.1. Der photoelektrische Effekt

1888 Hallwachs (Schüler von H. Hertz):

Magnesium(UV-lightneeded)

Zinc

Electrometer

positive charge:

++++

positive Ladung:kein Effekt

1888 Hallwachs (Schüler von H. Hertz):

Magnesium(UV-lightneeded)

Zinc

Electrometer

negative:schnelle Entladung

positive Ladung:kein Effekt

-----

negative charge:

1899 J.J. Thomson1900 Elster & Gütel

e-

e-e-e-A

-

+

e-

e-

e-

Electron energy should depend

on light intensity!

classical electrodynamics:oscillating optical light field

accelerates electrons E(t) = A sin(2 t)

A Intensity

Beobachtung:

Strom steigt mit

Lichtintensität!

1899 J.J. Thomson1900 Elster & Gütel

Ae-

e-e-e-

-

+

1900ff Lenard

goal: measurekinetic energy

1/2 mv2

1/2mv 2 > Uqe pot

entia

l

1899 J.J. Thomson1900 Elster & Gütel1900 Lenard

e-

e-e-e-

-

A

low intensity

high intensity

0- +

I

Potential

max. electron energy independent

of intensity

monochromatic light

max. electron energy depend on

frequency!

usefull unit: 1 eV (“Electron Volt”) = 1.60219 10-19 J (WS)

energy of an electron on a potential of 1 Volt

1899 J.J. Thomson1900 Elster & Gütel1900 Lenard

e-

e-e-e-

-

A

monochromatic light

Einstein (1905), Annalen der Physik 17, 132:

light comes in energy packets (photons)

Ephoton= h

kphoton= h / cNumber of photons Intensity

e-

e-

e-

h

Electron energy depends

on light intensityfrequency

Emax= h- eUwork

Number of electrons

Intensity

Emax= h- eUwork

Millikan (Phys Rev. 7,355 (1916))

h = eUwork(depends on material)

h=6.56 10-34J secwithin < 1% !! (6.626210-34J sec)

e-

-

Experiment:

electron energy:

•increases with frequency

•independent of intensity

•no time delay

•Nelectrons Intensity

•minimum frequency

Maxwell:

•independent of frequency

•E I

•time delay for very dim light

•No

•No

Einstein:

•Emax= h- eUwork

•Yes!

•no time delay

•Yes!

•hmin=eUwork

Photoelectric effect: energy and momentum conservation

h

e-

e-

e-

e-

h

electron energy

Emax= h- eUwork

electron energy

Ee= h- Ebinding

Photoelectric effect: energy and momentum conservation

example:h=99eV

Ee= h- Ebinding=75eVke=5 10-24kg m/sec

kphoton= h / c = 5.3 10-26kg m/sec

nonrelativistic:photon momentum

small

ion or solid compensates

electron momentum!(Eion=Ee*me/mion)

h

e-

Photon cannot couple to afree electron, second particle needed!

Photoelectric effect: energy and momentum conservation

h

e-electron

ion

momentum 0

0

mom

entu

m

99 eV, linear polarized + He -> He1+ + e-

Photon cannot couple to afree electron, second particle needed!

Photoelectric effect: energy and momentum conservation

h

e-electron

ion

momentum 0

0

mom

entu

m

99 eV, linear polarized + He -> He1+ + e-

Photon cannot couple to afree electron, second particle needed!

e-

How does ONE Photon couple to

TWO electrons?How do the electrons

talk to eachother?(electron-correlation)

Where do the momenta come from??

photon: No!

acceleration: No!

h

e-

Direction of photoelectrons:

e-

e-

e-

h

changes directions,looses energy

compare: Hertzian Oscillatorelectrons

intensityof radiation

Direction of photoelectrons:

h

e-

number ofelectrons sin2()

85 eV, linear polarized + He -> He1+(1s) + e-

Not always true!

HOT TOPIC TODAY!

Einstein:

forbidden

0Ene

rgy

e-

minimum frequency:h = Ebinding

Ebind

Laser:but ...: super high intensities

example: h = 1.5 eV << Ebind = 24 eV

h

e-

not linear with intensity!

I7