Plancksches Wirkungsquantum h A7.5

Plancksches Wirkungsquantum h KNA A7.5
Aufstellen der Geräte
Beziehungen zwieschen Energie, Wellenlänge und Frequenz des Lichts
Das lichtelektrische Gerät in das Stativ einsetzen und mit der Rändelschraube leicht
festklemmen. Schiene in den Zapfen der Stativschiene einhängen und die
Quecksilber-Hochdrucklampe auf den Einspannhalter aufstecken und festklemmen.
Optikgestell mit Linse, Gitter und Blende von oben bis zum Anschlag in die
Führungsnuten des Lampengehäuses einführen und leicht festklemmen.
Hg-Lampe einschalten
Zur Justage vor Beginn der Messungen Hg-Lampe so schwenken, dass in 'axialer
Flucht das Licht der nullten Ordnung ( weiß ) auf den Schirm mit Spalt symmetrisch
auftrifft.
Lichtschutzrohr aufklappen. Man kann nun im Innenraum des Gehäuses auf die
Röhre mit ihrer Markierung blicken. Gehäuse so im Stativ drehen, bis das weiße
Lichtbündel symmetrisch auf die Röhre fällt. In dieser Stellung die Rändelschraube
festziehen.
Linse mit Filter in ihren Führungen so weit verschieben, bis der Lichtspalt optimal
auf der Röhre abgebildet wird.
Zu diesem Zweck besitzt die Röhre eine kleine weiße Maske zur Beobachtung und
Kontrolle der Scharfeinstellung.
Nachdem diese Justage einmal vorgenommen wurde, ist sie weiterhin nicht mehr
erforderlich. Nach erfolgter Justage das Lichtschutzrohr wieder einschwenken, so
dass kein Nebenlicht auf die Röhre fallen kann.
Der weiße Schirm mit der Schlitzblende besteht aus einem fluoreszierenden
Material. Dadurch wird die ultraviolette Linie als blaue Linie sichtbar gemacht, und
die violette Linie erscheint mehr blau.
Um die tatsächlichen Farben zu erkennen, halten wir vorübergehend einen rein
weißen Schirm vor den Fluoreszenzschirm.
Bei Durchführung der Messungen darauf achten, dass stets nur eine einzige Farbe,
d.h. eine einzige Linie des Spektrums, auf die Fotodioden-Röhre fällt.
Überlappungen mit benachbarten spektralen Maxima sind sorgfältig zu vermeiden.

Plancksches Wirkungsquantum h KNA A7.5
Durchführung der Messungen
Folgende Versuche werden durchgeführt:
Beziehung zwischen Energie, Wellenlänge und Frequenz des Lichts
Messung der Gegenspannungen ( Bremsspannungen ) für die spektralen Maxima:
Farbe Frequenz ( Hz) Wellenlänge ( nm )
gelb 5,18672 E+14 578
blau 6,87858 E+14 546,074
violett 7,40858 E+14 435,835
ultraviolett 8,20264 E+14 404,565
grün 5,48996 E+14 365,438
Alle Werte für die Wellenlängen - ausgenommen für die gelbe Linie -sind dem Handbuch für Physik und
Chemie, 46.Auflage, entnommen. Die Wellenlänge für gelb wurde definiert durch experimentelle
Ermittlung mit Hilfe eines Gitters mit 600 Linien/mm.
Die gelbe Linie ist tatsächlich ein Paar der Wellenlängen 578 und 580 nm
Das h/e-Gerät enthält als Zubehör drei Filter: gelb, grün und einen Graustufenfilter.
Alle Filterrahmen besitzen Magnetfolien, so dass sie bequem vor den Spalt des weißen Schirms gesetzt
werden können.
Wir benützen jeweils die Filter gelb und grün, wenn wir die gelbe und die grüne Spektrallinie
untersuchen.
Die Filter begrenzen höhere Frequenzen des Lichts, die in das h/e-Gerät einfallen könnten,
wenn wir in einem nicht verdunkelten Raum experimentieren. Nachbar-Frequenzen aus der einfallenden
Raumbeleuchtung würden mit dem niederfrequenteren gelben und grünen Licht interferieren und die
Ergebnisse verfälschen.
Die Filter blenden außerdem die Frequenzen des ultravioletten Lichts der höheren Ordnung aus, die sich
durch Überlappung mit denen der niedrigeren Ordnung für gelb und grün ergeben könnten.
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Die verschiedenen Transmissionsfilter bestehen aus Mustern von Punkten und Linien, die die Intensität
( nicht die Frequenz ) des einfallenden Lichts ändern.
Die relativen Durchlässigkeiten in Prozent sind:
1. 100%
2. 80 %
3. 60%
4. 40%
5. 20%
Quantenmodell des Lichts - gegen - Wellenmodell des Lichts
Messung der Gegenspannungen ( Bremsspannungen ) für ein oder zwei der spektralen Maxima, am
besten gelb oder grün mit dem jeweils vorgesetzten Gelb- bzw. Grünfilter mit zusätzlich vorgesetztem
Graufilter.
Messungen mit nacheinander vorgesetzten Transmissionsfilter von 100% bis herunter auf 20%
Transmission
Theoretische Grundlagen der Experimente:
Bei den Experimenten mit dem Gerät zur Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums h fällt
monochromatisches Licht auf das Katodenblech der Vakuum-Fotodioden-Röhre mit einer kleinen
Austrittsarbeit WA. Von der Katode emittierte Fotoelektronen gelangen zur Anode.
Die Vakuum-Fotodioden-Röhre und der an sie angeschlossene hochohmige Verstärker haben eine
geringe Kapazität, die von dem Fotoelektronenstrom geladen wird.
Wenn das Potenzial dieser Kapazität das Bremspotential der Fotoelektronen erreicht hat, geht der Strom
auf Null zurück, und die Spannung zwischen Anode und Katode stabilisiert sich.
Die End-Spannung zwischen Anode und Katode entspricht deshalb dem Bremspotenzial der
Fotoelektronen.
Um dieses Bremspotenzial belastungsfrei messen zu können, ist die Anode an einen Verstärker mit dem
hochohmigen Eingangswiderstand von >1012 Ohm angeschlossen.
Der Verstärkungsfaktor beträgt 1, so dass die an den Buchsen der Frontplatte messbare
Ausgangsspannung des Verstärkers gleich der Bremsspannung ist