Versuch
Info
Mit der Einstein-Gleichung E = hν wird die Planck’sche Konstante h aus dem Photoeffekt bestimmt: hν = WAustritt + Wkin. Dazu wird das Licht einer Quecksilberdampflampe mit einem Gitter spektral zerlegt. Die Photozelle befindet sich auf einem Dreharm und ihr Öffnungsspalt wird nacheinander in die Spektrallinien geschoben.
Die Gegenspannung Umax, welche den Photostrom gerade auf Null herabsetzt, wird in Abhängigkeit von der Frequenz ν der einfallenden Strahlung aufgetragen. Die Steigung der Geraden ist h/e. Daraus erhält man h = e∙(ΔUmax/Δν).
Durchführungsdauer: 5 Minuten
Beschreibung
Messwerte 8.2.2006:
Farbe\(\hspace{1em}\)Wellenlänge\(\hspace{1em}\)Gegenspannung
UV\(\hspace{3em}\)366 nm\(\hspace{3em}\)1,65 V
UV\(\hspace{3em}\)405 nm\(\hspace{3em}\)1,20 V
blau\(\hspace{2.5em}\)436 nm\(\hspace{3em}\)1,05 V
grün\(\hspace{2.5em}\)546 nm\(\hspace{3em}\)0,50 V
gelb\(\hspace{2.5em}\)578 nm\(\hspace{3em}\)0,40 V
Daraus errechnet sich h = 6,46\(\cdot 10^{-34}\) Js
Hinweise zur Durchführung:
Die Quecksilber-Hochdrucklampe sollte 10 min vor Versuchsdurchführung eingeschaltet werden. Wird sie am selben Tag noch einmal benötigt, sollte sie nicht ausgeschaltet werden.
Die Vakuum-Fotodioden-Röhre ist mit einem hochohmigen (>1012 Ω) Verstärker mit kleiner Kapazität verbunden, der bis zur Grenzspannung geladen wird. Zum Entladen drückt man auf den roten Knopf PUSH TO ZERO.
Bei Messung mit der gelben und der grünen Spektrallinie sollten der Gelb- bzw. Grünfilter benutzt werden. Dann braucht für die Versuchsdurchführung auch nicht das Licht im Hörsaal ausgeschaltet zu werden. Das „Szenarium Projektion“ dunkelt ausreichend ab.
Es steht ein Graufilter (20%, 40%, 60%, 80% und 100% Transmission) für die Abschwächung der Intensität zur Verfügung. Bei geringerer Lichtintensität wird (fast) dieselbe Endspannung nach entsprechend längerer Zeitdauer erreicht.
Beschreibung des Versuchsaufbaus von Pasco:
Beim Aufbau von Pasco AP-9368 bildet das Gitter (600 Linien/mm) mit der Linse eine Einheit und wird am Lampengehäuse befestigt. Auf minimale Licht-Ablenkung ist zu achten.
Vor der Fotodiode ist ein fluoreszierender Schirm angebracht, der zwei Linien im UV-Bereich (407 nm und 366 nm) sichtbar macht. Die blaue Linie erscheint auf dem Fluoreszenzschirm violett. Zwischen Fluoreszenzschirm und Fotodiode befindet sich ein Lichtschutzrohr, das zum Fokussieren des Lichts auf das Fenster hochgeklappt werden kann.
Die Photonen lösen Elektronen aus dem halbrunden Kathodenblech. Dadurch lädt sich die Kathode zunehmend positiv auf. Ist die Energie der herausgelösten Elektronen ausreichend groß, können sie zur Anode gelangen, die auf Erdpotential liegt. Das ist abhängig von der Energie der Photonen (und daraus folgend der Energie der Fotoelektronen) bis zu einer Grenzspannung möglich. Diese Endspannung zwischen Anode und Kathode entspricht dem Bremspotential der Fotoelektronen. Die Spannung wird mit einem Voltmeter (Messbereich bis 3 V) gemessen.
Hinweis zum Aufbau:
In die Detektor-Einheit AP-9368 müssen zwei 9V Blockbatterien eingesetzt werden.
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