Physik Forum

[necoicould]

Guten Tag, bei der Bestrahlung von Metalloberflächen mit UV LICHT treten ja Elektronen aus und wandern zur Anode, die Positiv ist.
So weit so gut, aber was ich mich gerade frage:

1) Muss "immer" eine Spannung zwischen Anode und Kathode vorhanden sein, damit die ausgelösten Elektronen zur Anode wandern können? Weil ich habe beim Glühelektrischen Effekt gelesen, dass wenn keine Spannung vorhanden ist, die ausgetretenen Elektronen wieder zurück kommen um das Gleichgewicht zu halten. Das müsste auch beim lichtelektrischen Fall so sein.

1) a) Wenn das so sein sollte, dass eine Spannung sein muss damit die Elektronen rüber zur Anode wandern können, wie und wo schließt man dann die Gegenspannung an, um Ekin zu bestimmen?

2) Wie wandern die Elektronen überhaupt? Fliegen die durch die Luft rüber zur Anode, oder geschieht das durch die Kabel? Ich hab das Prinzip verstanden, aber habe schwierigkeiten das mir vorzustellen. Kann mir da jemand bissl helfen?
Dieses Bild mit dem Versuch ist gemeint:



Dankeschön im Vorraus

+

Bei diesem Bild sieht man die ganzen Begriffe nochmal. Wo ist hier die normale Spannung angeschlossen? Wozu ist die gut?
Wo ist die Gegenspannung angeschlossen (Ich schätze mal das mit dem Pfeil U). Und was bedeutet das I Pfeil? Stromstärkenmessgerät?

[Fritz]

[necoicould]

dankeschön erstmal.

Ich habe ein Bild abgemalt aus meinem Buch:


Die Elektronen werden durch das UV Licht ausgelöst ( h * f - Wa = Ekin ) So weit so gut. Die Photoelektronen wandern dann zur positiven Anode. Jetzt kommt der Teil wo ich nicht weiterkomme. Da wo der 2.Blaue Pfeil endet befinden sich Kondensatorplatten, die sich durch die Photoelektronen aufladen.

ok. Dann habe ich noch eine ganz andere Frage. Es würde doch auch gehen ohne Kondensator.

Weil sind Kathode und Anode auch nicht sowas wie ein Kondensator? Weil wenn Anode immer mehr Elektronen bekommt und die Kathode immer weniger Elektronen hat, können doch ab einem ganz bestimmten Punkt die Elektronen nicht mehr gegen das Feld ankämpfen und können nicht mehr rüber. Genau in diesem Punkt ist doch E= Q * UNull = h f -WA.

Wozu dann das ganze da oben im Bild mit den Kondensatorplatten?

Eine weitere Frage: es soll auch eine Methode geben wo man selber die Gegenspannung erhöht. Wie geht das?

[Fritz]

Ha! jetzt verstehe ich dein Problem. Das Symbol im Bild ist kein Kondensator sondern eine Batterie! Der lange Strich ist + der kurze -

Das ist ja gerade die Spannungsquelle (die einzige), die den Strom treibt.

Wie misst man nun die kinetische Energie? Dazu gibt das 2. Bild Auskunft: Offenbar wird hier die ganze Anordnung in ein geschlossenes, lichtdurchlässiges Gefäß gepackt, das vermutlich evakuiert ist. Hier legt man nun offenbar eine negative Spannung (beachte das umgedrehte Batteriesymbol) an. d.h. die Elektronen werden sogar durch das E-Feld zurück gedrängt. Die Elektronen werden also nicht durch Luft gebremst, nur durch das E-Feld. Trifft nun Licht auf die Platte werden Elektronen mit einer gewissen kinetischen Energie weggeschleudert. Einige fliegen genau in Richtung der anderen Platte und treffen dort auf bevor sie vom E-Feld zurück gezogen werden. Nun kann man die (negative) Spannung so weit erhöhen bis der Strom verschwindet. Diese Spannung entspricht nun der kinetischen Energie.

Die Anordnung arbeitet also nun im generatorischen Betrieb.

mfg Fritz

[necoicould]

ok vielen dank

[necoicould]

mir ist folgendes doch noch nicht so klar. Hier bei dieser Animation:
http://web.hep.uiuc.edu/home/tstelzer/102project/pe.htm

Es werden hier Elektronen ausgelöst obwohl die Kathode an Positiv geladen ist, wie geht denn das? Du meintest ja langer Strich ist + ... und der führt bei der animation und auch bei anderen Gegenfeld/Gegenspannung Methoden zur Kathode... aber dann können doch keine Elektronen heraustreten wenn die Kathode + ist?

(Ich glaub die Spannungspolungen haben nicht mit den Ladungen der Gegenstände zu tun oder?, wenn das so ist erübrigt sich meine obige frage...,. weil ich dachte wenn die positive polarität der Spannung zur kathode hingeht, dass die kathode dann positiv geladen ist - aber denn könnten ja garkeine elektronen raus.)

[Fritz]

Hallo

Offenbar gibt es keine vernünftige Methode shockwave Dateien auf Linux ab zu spielen oder zu konvertieren. Es ist mir daher derzeit nicht möglich diese Animation zu sehen. (sorry, dafür jetzt Windows an zu kurbeln zahlt sich einfach nicht aus.)

Wie ich schon sagte, wenn man die Anordnung im Vakuum betreibt können Elektronen unter Umständen durch die ihnen mit gegebene kinetische Enerige die positive Elektrode erreichen, obwohl sie vom E-Feld gebremst werden. Es kommt eben auf die Stärke des E-Feldes und Frequenz des Lichtes an.

Stell dir eine Topf mit Puff-Mais vor der auf der Herdplatte steht. Nun stellst du eine Schüssel etwa einen halben Meter höher über den Topf. Es ist zwar unwahrscheinlich aber nicht ausgeschlossen, dass ein paar Maiskörner beim Zerplatzen vom Topf in die Schüssel springen und dabei die Gravitation überwinden.

Wenn du den Versuch sehr lange, mit sehr vielen Maiskörnern durch führst und dabei die Schüssel immer höher stellst bis keine Maiskörner mehr hineinfallen, dann hast du die kinetische Energie gefunden, die ein Maiskorn beim Zerplatzen maximal erhält.

[necoicould]

hallo ich bins wieder. Ok das habe ich verstanden.

Einmal eine kurze Verständnisfrage:

Wenn nun die ganzen Teile mit einander verbunden sind wie hier :



Anode ist Rot
Kathode ist Blau

Frage1 : Was sorgt eigentlich dass im experiment ganz allgemein dafür, dass die Kathode negativ geladen ist und die Anode positiv, denn sonst können ja keine Elektronen raus?

Frage2: Ich dachte bis jetzt für die Ladung von Anode und Kathode sei die angelegte Spannung verantwortlich. Im Bild links mit der Saugspannung ist die Kathode - und anode + und rechts mit der Gegenspannung die Kathode + und Anode -. Ist das so?

Eigentlich kann es ja gar nicht so sein bei der Gegenspannung, denn sonst könnten aus der Kathode bei einer Gegenspannung wie im Bild rechts keine Elektronen raus wenn sie + geladen wäre .

[Fritz]

[necoicould]

oh, das schockt mich jetzt gerade.... Aber hier ich zitier mal:

" Hallwachsversuch: Eine vorher geschmirgelte Zn Platte wird auf eine Elektroskop aufgesetzt, aufgeladen und mit dem Licht einer HG Lampe bestrahlt.
Bei positiver Aufladung erfolgt keine Entladung durch das Licht, bei negativer Aufladung bewirkt dasd Licht einee sofort einsetzende Eintladung der Zn Platte.

Wird die Zn Platte weiterhind mit der HG Lampe beleuchtet so bleibt das Elektroskop auf Null.

Werden also aus einer neutralen Platte keine negativen Ladungen ausgelöst, oder es ergibt sich ein sogenanntes dynamisches Gleichgewicht, bei dem die vorher vom Licht abgelösten Ladungen sofort immer wieder zur positiv zurückgebleibenden Platte zurückkommen.

Wenn wir die vom Licht jeweils abgelösten negativen Ladungen durch eine positive Elektrode absaugen, so lädt sich tatsächlich eine vorher neturale ZN Platte allmälich immer stärker positiv auf."


Bei Positiver Aufladung erfolgt keine Entladung durch das Licht.. <-- ??

[Fritz]

Um welches Experiment geht es denn nun?

In Luft ist die Sache natürlich ein wenig anders:

Wenn die Platte vorher negativ aufgeladen ist sind die Elektronen quasi schon in den Startlöchern und warten nur auf ein Photon das es herauslöst. Die Elektronen werden aber durch die Luft stark gebremst und werden nur langsam zur Anode durchsickern.

Ist die Platte aber neutral so werden zwar auch Elektronen herausgelöst, die werden aber durch die Luft so stark gebremst, dass sie die Anode nie erreichen und werden vorher vom eigenen E-Feld zurück geholt.

Eine positve Platte kann natürlich nicht entladen werden. Wie sollte das gehen? In der positiven Platte fehlen ja Elektronen, also werden die die evtl. herausgelöst werden sofort wieder zurück gezogen. Da müsste es schon positive Ladungssträger geben, die sich aus dem Metall herauslösen ließen.

mfg Fritz

[necoicould]

Hm du meintest

[Fritz]

Also wenn etwas 'entladen' wird so verstehe ich darunter, dass es am Ende gleich viele positve, wie negative Ladungen enthält.

Es ist also im Prinzip möglich eine neutrale Platte durch Licht positiv auf zu laden, aber nur im Vakuum.

mfg Fritz

[necoicould]

Ok habe es nun kappiert.

Damit man die kinetische Energie der Elektronen bestimmen kann, legt man im Stromkreis eine Gegenspannung Ug an. Oder wenn eine Beschleunigungsspannung schon vorhanden ist, damit auch die Elektronen mit wenig Energie die Anode erreichen können, kann diese Spannungsquelle umgepolt werden um eine Gegenspannung zu erhalten. Man erhöht die Gegenspannung so weit, bis kein Fotostrom mehr messbar ist. Dies passiert folgendermaßen: Ein Elektron bekommt von einem Photon die Energie W= h * f. Selber benötigt es eine Materialabhängige Austrittsarbeit um sich aus der Metalloberfläche zu lösen.
Also hat es die Energie W= h *f -Wa nach dem es sich gelöst hast.

Nachdem bewegt es sich in Richtung der Anode. Je größer die Gegenspannung auf der Anode wird, desto größer wird W = Q * U gegen die sie anfliegen müssen um die Anode zu erreichen und im Photostrommessgerät registriert zu werden. Ab dem Zeitpunkt wo gar der schnellste Elektron die Anode nicht mehr Erreicht, ist Ekin =Q * u = h * f - Wa. Mit dieser gleichung kann dann Ekin ermittelt werden.

Ist das richtig so ?^^

[Fritz]

Vollkommen richtig, so hätte ich das auch gesehen.

mfg Fritz