VersuchsprotokollA1 - Außerer Photoeffekt

Dmitrij Feller 533716

Versuchspartner:Benedikt Kolbe

Versuchsort: New 14, 213Versuchsplatz 1

12.05.2010

Inhaltsverzeichnis

1 Grundlagen und Aufgabenstellung 21.1 Zielstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Messwerte und Auswertung 32.1 Gesamte Kennlinie fur eine Hg-Spektrallinie . . . . . . . . . . 32.2 Bestimmung von Ug der Spektrallinien . . . . . . . . . . . . . 4

3 Grafische Darstellung und Auswertung der Einstein-Geraden 8

4 Kritische Betrachtung 8

5 Verwendete Hilfsmittel 9

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1 Grundlagen und Aufgabenstellung

1.1 Zielstellung

Ziel des Versuches war es, den außeren Photoeffekt mittels einer Photo-zelle zu untersuchen. Insbesondere sollte das Planksche Wirkungsquantumh, die Grundfrequenz v0 zur Herauslosung der Photoelektronen der Anode,sowie Austrittsarbeit WA = e · ΦA ermittelt werden. Der Aufbau und dieDurchfuhrung erfolgte entsprechend der Beschreibung im Skript1.

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2 Messwerte und Auswertung

2.1 Gesamte Kennlinie fur eine Hg-Spektrallinie

Abbildung 1: Photostrom in Abhangigkeit der Anodenspannung

Physikalische Interpretation

Fur das Intervall der Anodenspannung von -15V bis -1V wird ein kleiner ne-gativer Strom, d.h. ein Strom von Anode zu Kathode, wahrgenommen, dieserbewegt sich im Bereich weniger Picoampere. Dies kann durch das zusatzlicheHerauslosen von Elektronen aus der Anode der Photozelle erklart werden, diebereits eine relativ hohere kinetische Energie besitzen und somit leicht durchdie Bremsspannung heraus geloßt und zur Kathode hin beschleunigt werden.Ab −1V lasst sich ein positiver Strom messen. Im Bereich von 0V bis 30Vein positiver Anstieg zu beobachten, welcher jedoch bis zum Erreichen von30V kleiner wird und bei 30V sogar auf Null sinkt. Jener Anstieg ist mit derBeschleunigung der Photoelektronen in Richtung Anode durch die angelegte

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positive Spannung (Saugspannung) zu erklaren. Bei kleineren Saugspannun-gen reicht dabei die elektrische Feldstarke nicht aus um alle herausgelostenPhotoelektronen bis zur Anode zu beschleunigen, es wird hier daher ein ge-ringerer Photostrom gemessen. Es stellt sich jedoch ab einer Spannung von30V eine Sattigung ein, der Anstieg sinkt wie bereits erwahnt auf Null. Jetztwerden namlich alle herausgelosten Elektronen bis zur Anode beschleunigt.Wird die Spannung dann erhoht, stellt sich auch dann kein großerer Pho-tostrom ein, da nicht mehr Elektronen von Photonen herausgelost werdenkonnen als Photonen da sind.

2.2 Bestimmung von Ug der Spektrallinien

Die Ergebnisse der grafischen Bestimmung der Grenzspannungen ist wie folgtin der Tabelle zusammengefasst.

Wellenlange[nm] 580 546 405 365 492 436Ug[V ] 0, 7 ± 0, 1 0, 9 ± 0, 1 1, 6 ± 0, 1 1, 9 ± 0, 1 1, 15 ± 0, 1 1, 45 ± 0, 1

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Abbildung 2: Kennlinien unterschiedlicher Intensitat bei einer Wellenlangevon λ = 580nm

Abbildung 3: Kennlinien unterschiedlicher Intensitat bei einer Wellenlangevon λ = 546nm

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Abbildung 4: Kennlinien unterschiedlicher Intensitat bei einer Wellenlangevon λ = 405nm

Abbildung 5: Kennlinien unterschiedlicher Intensitat bei einer Wellenlangevon λ = 365nm

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Abbildung 6: Kennlinien unterschiedlicher Intensitat bei einer Wellenlangevon λ = 492nm

Abbildung 7: Kennlinien unterschiedlicher Intensitat bei einer Wellenlangevon λ = 436nm

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3 Grafische Darstellung und Auswertung der

Einstein-Geraden

Aus der Geraden ergibt sich als Wirkungsquantum aus dem Anstieg der Werth = (6, 14 ± 0, 8)Js . Der Fehler ergibt sich aus der Fehlerfortpflanzung derGroßen uUg = ±0, 1V und uf = ±0, 09 ∗ 1014Hz. Als Grenzfrequenz ergibtsich aus der Geraden der Wert vg = (2, 6 ± 0, 9)1014Hz und AustrittsarbeitWA = (1, 2± 0, 3)eV . Die Grenzfrequenz befindet sich im infrarotem Bereichwie Warmestrahlung.

Abbildung 8: Einstein-Gerade aus den ermittelten Werten

4 Kritische Betrachtung

Die ermittelten Werte uberlappen sich im Toleranzbereich mit den Referenzwerten2.Beim Messen ist uns aufgefallen, dass selbst beim kleinsten Messbereich derZeiger des Amperemeters noch im ersten drittel der Skala war. Daher resul-tiert ein vermeidbarer hoher Fehler insbesondere im Bereich der Grenzspan-nung Ug. Der wirkt sich dann dementsprechend auf die weitere Berechnung

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aus. Da die Wellenlange des einfallendes Lichtes nicht konstant ist, uberla-gern sich die verschiedenen Grenzspannungen um den tatsachlichen Wert denwir ermitteln wollen fur eine bestimmte Wellenlange. Der großte Fehler gehtbei dem Versuch, meiner Meinung nach, von der Bestimmung der Grenz-spannung, aus dem Schnittpunkt zweier Kennlinien verschiedener Intensitat,aus.

5 Verwendete Hilfsmittel

MS Excel;Origin; MiKTeXQuellen:1) Hand-Out Physikalisches Grundpraktikum Mechanik und Thermodyna-mik 2005,A1 Ausserer Photoeffekt, Humboldt- Universitat, Berlin, August20052)http://www13.wolframalpha.com/input/?i=Planck++constant++

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