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Äußerer Fotoeffekt und Lichtquanten

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Kalo
Äußerer Fotoeffekt und Lichtquanten
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse

Äußerer Fotoeffekt und Lichtquanten Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Äußerer Fotoeffekt und Lichtquanten kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, was Max Planck mit der Gleichung $E=h\cdot f$ aufzeigen konnte.

    Tipps

    $W=h\cdot f$

    $h=6,626\cdot 10^{-34}~Js$ ist das Plancksche WIrkungsquantum.

    Lösung

    Max Planck gilt als Begründer der Quantenphysik. Für die Entdeckung des Planckschen Wirkungsquantums erhielt er 1919 den Nobelpreis für Physik.

    Denn im Jahr 1900 entdeckte er etwas, was die Physik revolutionieren sollte: Die Energie schwingender Teilchen nimmt nicht jeden beliebigen Wert, sondern stufenweise verschiedene Werte an. Die Energie ist portioniert (oder auch gequantelt).

  • Gib an, was man unter der Grenzfrequenz versteht.

    Tipps

    Was besagt der Photoeffekt?

    Die Freisetzung von Ladungsträgern aus einer blanken Metalloberfläche durch Licht wurde schon 1839 von Alexandre Edmond Becquerel beobachtet.

    Lösung

    Die Experimente zum Photoeffekt wurden anfangs gut verstanden und konnten mit einer ausreichenden Theorie erläutert werden. Unklar war jedoch lange Zeit, warum bei Licht der einen Wellenlänge ein Strom gemessen werden konnte und bei Licht mit einer anderen Wellenlänge nicht.

    Diese Grenzfrequenz ist die Frequenz des Lichts, welche ausreicht, um ein Elektron von seinem Atom zu lösen. Die Energie des Lichts ist somit größer als die notwendige Austrittsarbeit.

  • Gib an, was die Quantenmechanik über Elektronen und deren Verhalten aussagt.

    Tipps

    Welche Experimente mit Elektronen kennst du und was sagen diese Experimente über das Verhalten von Elektronen aus?

    Lösung

    Wie verhalten sich denn Elektronen nun? Wie Teilchen oder wie Wellen?

    Tatsächlich sind Elektronen beides: Welle und Teilchen. Denn Elektronen sind quantenmechanische Objekte. Man nennt diese Eigenschaft, sowohl Welle als auch Teilchen zu sein, Welle-Teilchen-Dualismus. Dabei bedeutet sowohl als auch genau das: Das Objekt ist beides gleichzeitig. Je nachdem, welche seiner Eigenschaften man misst, zeigt es sich mehr als Teilchen oder mehr als Welle.

  • Gib zu den jeweiligen prominenten Physikern die passende Aussage an.

    Tipps

    Hertz wurde 1857 geboren, Planck 1858, Einstein 1879 und Feynman 1918.

    Lösung

    Die Zuordnung der namhaften Physikern zu den jeweiligen Ereignissen fällt dir leichter, wenn du dir vor Augen führst, wann diese Physiker geboren sind.

    So wurde Hertz 1857 geboren, Planck 1858, Einstein 1879 und Feynman 1918.

    Heinrich Hertz ist somit der älteste dieser vier Physiker. Er stellte vor 1900 fest, dass man mit Licht geladene Elektroden entladen kann.

    Planck, der zweitälteste Vertreter, konnte einige Jahre später zeigen, dass die Energie schwingender Teilchen portioniert bzw. diskret oder auch gequantelt ist. Er leistete einen wesentlichen Beitrag zur Begründung der Quantenmechanik.

    Einstein konnte kurz darauf (auf Plancks Arbeiten aufbauend) zeigen, dass Licht ebenfalls portioniert bzw. diskret oder auch gequantelt ist. Dies war für zahlreiche Physiker enorm revolutionär und musste sich in der wissenschaftlichen Welt erst einmal festigen. Doch es ließ sich an Einsteins Arbeit kein Fehler finden und sein Beitrag wurde einige Jahre später mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Leider wurde die Quantenmechanik so zu einer Disziplin, welche sich in keiner Art und Weise anschaulich erklären und/oder verstehen ließ.

    Diesbezüglich äußerte sich Feynman wie folgt über die Quantenmechanik. Er sagte in einer Vorlesung: „Fragen Sie nicht dauernd: Wieso?. Denn das führt in eine Sackgasse ohne Entkommen.“ An dieser Auffassung hat sich bis heute in der Physik nichts verändert.

  • Gib an, wofür Einstein den Nobelpreis erhielt.

    Tipps

    Der Name Albert Einstein wird in der Regel mit einem ganz speziellen Gebiet der Physik verbunden, für welches er jedoch nie einen Nobelpreis erhielt.

    Lösung

    Es war ein langer Weg bis Albert Einstein im Jahr 1922 den Physik-Nobelpreis erhielt. Seit 1910 war er nahezu jedes Jahr (bis auf 1911 und 1915) nominiert worden.

    Seinen einzigen Nobelpreis erhielt Einstein jedoch für seine Arbeit zum Photoelektrischen Effekt. Und auch wenn diese Arbeit nie die gleiche öffentliche Aufmerksamkeit erregte wie die Allgemeine und Spezielle Relativitätstheorie, so war sie doch von grundlegender Bedeutung für die Quantentheorie.

  • Gib die mindestens notwendige Frequenz zur Überwindung der Austrittsarbeit $W_A=4,39~eV$ von Kupfer an.

    Tipps

    Schreibe dir die gegebenen und gesuchten Größen auf.

    $W_A=h\cdot f$

    Hast du das Ergebnis richtig gerundet?

    Lösung

    Um diese Aufgabe lösen zu können, schreiben wir zuerst die gegeben und gesuchten Größen auf, halten die Formel zur Berechnung fest, setzen die Zahlenwerte ein und formulieren einen Antwortsatz.

    Gegeben: $W_A=4,39~eV$; $~~~~$ $h=4,135\cdot 10^{-15}~eV\cdot s$

    Gesucht: $f$ in $Hz$

    Formel: $W_A=h\cdot f$. Diese Formel ist jedoch nach $f$ umzustellen: $f=\frac{W_A}{h}$

    Berechnung: $f=\frac{W_A}{h}=\frac{4,39~eV}{4,135\cdot 10^{-15}~eV\cdot s}=1,06\cdot 10^{15}~\frac{1}{s}=1,06\cdot 10^{15}~Hz$

    Antwortsatz: Die Frequenz beträgt $1,06\cdot 10^{15}~Hz$.

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