Versuch
Info
Mit der Einstein-Gleichung E = hν wird die Plancksche Konstante h aus dem Photoeffekt bestimmt.
hν = WAustritt + Wkin
Die Gegenspannung Umax, welche den Photostrom gerade auf Null herabsetzt, wird in Abhängigkeit von der Frequenz ν der einfallenden Strahlung (Hg-Spektrallampe mit Farbfiltern) aufgetragen. Die Steigung der Geraden ist h/e. Daraus erhält man h = e∙(ΔUmax/Δν).
Durchführungsdauer: 5 Minuten
Beschreibung
Mit dieser Methode erhält man meist einen ca. 20% zu kleinen Wert!
Die U(I)-Kennlinie kann zusätzlich gemessen werden (PC). Sie schneidet die I=0-Achse!
Hinweise zur Durchführung:
Beim Wechseln der Farbfilter die Photozelle mit dem Schieber vor der direkten Einstrahlung des Hg-Lampenlichts schützen!
Literaturwerte:
\(\frac{h}{e}=4,136\cdot 10^{-15}\,\textup{Vs}\)
\(h=6,626\cdot 10^{-34}\,\text{Js}\)
Hinweise zum Aufbau:
Zeiss-Schiene erden!
Der Versuch ist nur mit den folgenden vier Farbfiltern möglich, da für Hg-Lampe spezielle Filter benötigt werden:
Violett: Wellenlänge 405 nm, Leybold-Nummer 46833
Blau: Wellenlänge 436 nm, Leybold-Nummer 46832
Grün: Wellenlänge 546 nm, Leybold-Nummer 46831
Gelb: Wellenlänge 578 nm, Leybold-Nummer 46830
Ultraviolett: Wellenlänge 365 nm, Leybold-Nummer 46840 passt auch gut in die Messreihe.
Obige Filter werden im Experimentierraum des Demo-Praktikums aufbewahrt.
Die Quecksilberdampf-Hochdrucklampe wird mit dem dazu gehörigen Netzteil (z.B. 551 oder 1224) mit Strom versorgt. Dieses Netzteil muss nicht sichtbar sein. Es kann unten oder hinten stehen. Die Farbfilter müssen zu den Hg-Spektrallinien passen. Diese sind bei: 365nm, 405nm, 436nm, 492nm, 546nm, 578nm, 615nm (kleiner Peak) und 691nm. Es gibt also noch andere geeignete Filter außer den oben genannten vier. Hg-Lampe, Linse, Farbfilterhalter und Photozelle werden auf eine geerdete Zeiss-Schiene montiert. Vor die Hg-Lampe kann eine Iris-Blende gestellt werden (verbesserte die Messungen 2018 nicht). Die Linse hat z.B. 12,5 oder 15cm Brennweite. Vor/auf die Linse kann eine Klappe zur Lichtunterbrechung gehängt werden. Direkt vor die Photozelle stellt man den Farbfilterhalter. Ober- und Unterteil der Photozelle müssen so ineinander gesteckt werden, dass das Licht optimal auf die Kaliumkathode trifft und möglichst wenig auf den Platinanodenring. Das ist nicht der Fall, wenn der Schlitz auf dem Nippel einrastet. Die optimale Position der beiden Photozellen-Teile kann mit einem Klebeband fixiert werden. Das einzelne hellgraue Kabel von der Kaliumkathode wird an den Messverstärker (z.B. 1220 NF4/3) angeschlossen. Dadurch liegt das Potential der Kaliumkathode zugleich auf Erde. Dieses Kabel sollte nur auf Isolierstützen aufliegen und sonst nichts berühren. Die Verstärkung stellt man auf 1mV, E-10A. Der Verstärker wird an ein analoges oder digitales Messgerät angeschlossen, wo nun eine Gleichspannung gemessen wird. Das schwarzweiße Kabelpaar der Photozelle kann zum kurzzeitigen Beheizen des Anodenrings (um herüberdestilliertes Kalium abzudampfen) benutzt werden. Beim eigentlichen Experiment werden das schwarze und das weiße Kabel ineinander gesteckt und mit dem blauen Anschluss des zweiten analogen Messgeräts bzw. dem roten Anschluss (negatives Potential) des zweiten digitalen Messgeräts, auf dem man die Gegenspannung abliest, verbunden. Diesen blauen/roten Anschluss verbindet man mit dem mittleren Anschluss des gelben Drehwiderstands. Rechter und linker Anschluss des Drehwiderstands werden durch 2 in Reihe geschaltete Batterien (was stabiler als eine Gleichstromversorgung durch ein Netzgerät ist) mit 3V Gleichspannung versorgt (rechts negativ und links positiv). Bei Belichtung der Photozelle fließt ein kleiner Strom. Die Gegenspannung wird so lange erhöht, bis kein Strom mehr fließt. Sie hängt von den jeweils energiereichsten Photonen ab. Man schreibt die Wertepaare Frequenz und Gegenspannung auf. Die Messunsicherheit der abgebildeten digitalen Messgeräte Frederiksen Digital Multimeter Type 3867.70 beträgt für Gleichspannung 0,5% + 1 digit. Die Messunsicherheit der abgebildeten analogen Messgeräte beträgt 1,5% des Skalenendwerts.
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