Lichtelektrischer Effekt
Über diese App
Der Fotoeffekt im 3D-Labor: Hg-Linien filtern, Intensität am Graukeil regeln, Gegenspannung ziehen. Die Intensität ändert nur den Strom, die Frequenz die Grenzspannung. Mit Hallwachs-Versuch, Gegenfeldmethode, h aus der Geraden und Wellenmodell im Vergleich.
Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.
Was beim Fotoeffekt passiert
Beim lichtelektrischen Effekt, auch Fotoeffekt oder Photoeffekt, löst Licht Elektronen aus einem Metall. Einstein erklärte das 1905 mit Lichtquanten: Ein Photon gibt seine Energie h·f als Ganzes an ein Elektron ab. Ein Teil davon ist die Austrittsarbeit W_A, der Rest bleibt als Bewegungsenergie: E_kin = h·f − W_A. Deshalb gibt es eine Grenzfrequenz, unter der kein Elektron austritt, und die Intensität des Lichts ändert nur die Zahl der Elektronen.
Was die App zeigt
Eine Quecksilberlampe, ein Filterrad mit den Linien 365, 405, 436, 546 und 578 nm, ein Graukeil und eine Vakuum-Fotozelle stehen auf einer Optikbank. Photonen fliegen als Wellenpakete zur Kathode, Elektronen laufen im Gegenfeld zur Anode oder kehren um. Dazu kommen die I-U-Kurve, die E_kin-f-Gerade und der Hallwachs-Versuch mit Zinkplatte, Elektroskop und Glasplatte. Ein Vergleich stellt Wellenmodell und Photonenmodell nebeneinander.
Selbst ausprobieren
Sage zuerst vorher, was mit der Grenzspannung passiert, wenn du die Intensität verdreifachst. Nimm dann zwei Kurven auf und vergleiche sie. Wechsle die Linie und das Kathodenmaterial, ziehe die Gegenspannung, bis der Strom null ist, und sammle Messpunkte. Aus der Steigung der Geraden liest du h ab, aus dem Achsenabschnitt die Austrittsarbeit. Abi-Aufgaben mit Zufallswerten zeigen den Rechenweg.
Häufige Fragen
- Warum macht helleres Licht die Elektronen nicht schneller?
- Helleres Licht bedeutet mehr Photonen je Sekunde, jedes Photon trägt aber weiter die Energie h·f. Ein Elektron bekommt die Energie von genau einem Photon. Deshalb steigt mit der Intensität nur der Strom, die maximale kinetische Energie und die Grenzspannung bleiben gleich.
- Was ist die Grenzspannung beim Fotoeffekt?
- Die Grenzspannung U₀ ist die Gegenspannung, bei der auch die schnellsten Elektronen die Anode nicht mehr erreichen und der Strom null wird. Es gilt e·U₀ = E_kin,max = h·f − W_A.
- Wie bestimmt man das plancksche Wirkungsquantum mit dem Fotoeffekt?
- Man misst die Grenzspannung für mehrere Frequenzen und trägt e·U₀ über f auf. Die Punkte liegen auf einer Geraden. Ihre Steigung ist h, der Achsenabschnitt ist −W_A, die Nullstelle die Grenzfrequenz.
- Was kann ich in der App einstellen?
- Du wählst die Spektrallinie im Filterrad, regelst die Intensität am Graukeil, ziehst die Gegenspannung und wechselst zwischen Cäsium, Kalium, Natrium und Zink. Außerdem gibt es den Hallwachs-Versuch, Vorhersagefragen und Rechenaufgaben.
Fach: Schulphysik
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