Physik Oberstufe/ Anhang/ Aufgaben und Übungen Quanten- und Atomphysik

Der photoelektrische Effekt

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Photozelle

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Eine Photozelle verwendet Silber als Kathodenmaterial. Die Austrittsarbeit beträgt  . Welche maximale kinetische Energie haben die Photoelektronen bei UV-Licht ( )? Berechne die Grenzfrequenz   und die Grenzwellenlänge  .

Lösung

 

← Photospannung und Wellenlänge

Auswertung Röntgenspektrum

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Spektrum einer Röntgenröhre mit Kupferanode. Auf dem kontinuierlichen Untergrund der Bremsstrahlung beobachtet man für das jeweilige Anodenmaterial charakteristische Linien hoher Intensität. Die horizontale Achse zeigt den Ablenkwinkel 2·θ nach Bragg-Reflexion an einem LiF-Kristall

Betrachte das mittels Bragg-Reflexion an einem LiF-Kristall aufgenommene Röntgenspektrum im Bild rechts. Für den Netzebenenabstand von LiF findet man in der Literatur:  .

  • Bestimme aus dem Spektrum die Beschleunigungsspannung  , bei der die Röntgenröhre betrieben wurde.

Für die Photonenenergie   der Kupfer  -Linie findet man in der Literatur  .

  • Berechne die zugehörige Wellenlänge und den zu erwartenden Reflexionswinkel θ bei Bragg-Reflexion an LiF in 1. Ordnung. Vergleiche mit der Messung im Bild.
Lösung

Für die kürzeste auftretende Wellenlänge   findet man aus der Messung mit   und unter Verwendung der Bragg-Bedingung:

 

Diese kürzeste Wellenlänge der Röntgenstrahlung wird emittiert, wenn die gesamte kinetische Energie   eines Elektrons in ein Röntgenquant umgewandelt wird. Für die Beschleunigungsspannung der Röntgenröhre findet man also damit:

 .
 
Termschema für Kupfer. Eingezeichnet sind die Übergänge der  - und  -Linien.
  • Berechne unter Verwendung des abgebildeten Termschemas die Wellenlänge für die  -Linie sowie den bei Bragg-Reflexion an LiF in 1. Ordnung zu erwartenden Reflexionswinkel θ. Vergleiche mit dem gemessenen Spektrum.

← Umkehrung des Photoeffekts