Vejledning - alfin.dk

More documents

Recommendations

Info

2 Einstein havde hermed knyttet forbindelsen mellem den foto-elektriske effekt og Plancks formel for sort-legeme str˚alingen. I denne øvelse vil vi m˚ale den kinetiske energi af elektroner frigjort fra katoden i en fotocelle (som er PbS eller Kalium) ved bestr˚aling med lys med forskellige bølgelængder. Bølgelængden (og hermed frekvensen c λ ) m˚ales ved hjælp af et spektrometer baseret p˚a diffraktion fra et optisk gitter. Elektronerne fra den bestr˚alede katode opsamles p˚a en tr˚adformet platin-anode. Gennem en m˚aling af elektronernes energi ved hver frekvens af lyset vil vi bestemme Plancks konstant og det konstante led i ligning (1.1). Allerede i 1859 havde Gustav Robert Kirchhoffs endvidere fundet at opvarmede forgassede stoffer udsender lys, der er sammensat af et for stoffet karakteristisk sæt af skarpe spektrallinier overlejret af et svagere kontinuert spektrum. En del af æren for denne opdagelse m˚a tilskrives Kirchhoffs ven og kollega Robert Bunsen, som udviklede en opvarmningsteknik, (bunsenbrænderen), hvor lyset fra det opvarmede stof ikke blev overstrlet af lyset fra flammen. Opdagelsen satte Kirchhoff og Bunsen istand til at identificere stoffer alene p˚a baggrund af det udsendte lys, og som noget nyt kunne man spore selv sm˚a mængder af forurening i ellers rene stoffer. Med det nye værktøj gik forskere i gang med at studere lys fra alle mulige kilder, deriblandt solen og stjernerne. En række nye grundstoffer blev identificeret, som f.eks. helium, der blev fundet i solen sytten ˚ar før det i 1895 blev fundet p˚a jorden. Det m˚a have været en enest˚aende oplevelse at vise, at de stoffer, solen og stjernerne er opbygget af, er de samme som de kemiske grundstoffer p˚a jorden. En betydningsfuld opdagelse kom fra den schweiziske matematiker og fysiker Johan Jacob Balmer. I 1885 opdagede han en simpel matematisk sammenhæng imellem bølgelængderne for den synlige del af hydrogenspektret. Balmers formel blev senere generaliseret af den svenske fysiker Rydberg til: 1 1 1 = R − λ m2 n2 , (1.2) hvor m og n er positive naturlige tal med n > m. Bølgelængderne, der f˚as ved at sætte m = 2, kaldes Balmer serien. Rydberg konstanten er R = mec 2 α 2 2hc = 1.1 107 m −1 eller 13.6 eV, hvis man ganger den med hc (herved f˚ar man venstresiden i ligning 1.2 til at være Eγ = hν, fotonens energi). I februar 1913 gjorde en af Niels Bohrs gamle studiekammerater ham opmærksom p˚a Balmers formel. Det siges at være den brik, som Bohr manglede til at kunne opstille en konsistent atomteori. Allerede i marts m˚aned samme ˚ar kunne Bohr offentliggøre sine epokegørende postulater som bandt det hele sammen.
1.2. DET OPTISKE GITTER 3 Figur 1.1: Skematisk tegning af spektrometerets bestanddele; lyskilde eller belyst spalte(S), kollimatorlinse (K), gitter (G), kikkertlinse(L) og fokuspunkt (F). Vi skal i denne øvelse ogs˚a foretage m˚alinger af Balmer-serien ved hjælp af et “manuelt” gitterspektrometer. Det er dels for at vise, hvordan et spektrometer virker, og dels for at bestemme Rydbergs konstant og hermed f en alternativ bestemmelse af Plancks konstant. 1.2 Det optiske gitter Et optisk gitter kan f.eks. være en glasplade, hvori der er ridset ækvidistante streger, mellem hvilke pladen er gennemsigtig. Afstanden d mellem to nabo-streger kaldes gitterkonstanten. Betragtes en lyskilde gennem gitteret, ser man farvede billeder (spektre) af lyskilden p˚a begge sider af det direkte billede. Fænomenet forklares ved lysets bølgenatur p˚a følgende m˚ade, se figur 1.1. Spalterne i gitteret (G) er vinkelret p˚a tegneplanen. Fra venstre sendes et parallelbundt af monokromatisk lys, dvs. lys med kun een bølgelængde, ind mod gitteret, Et s˚adant parallelbundt kan f˚as f.eks. fra en spalte (S) anbragt i brændplanen for en kollimatorlinse (K), hvis akse st˚ar vinkelret p˚a gitteret. Fra gitterets ˚abninger vil der udg˚a bølger i alle retninger. Idet der forudsættes, at bredden af spalte˚abningerne er lille sammenlignet med lysets bølgelængde, vil bølgefladerne for bølgerne fra en enkelt spalte være koncentriske cylindre. Lysstr˚alerne i en retning, der danner vinklen θ med den oprindelige, kan samles i brændplanen (F) af en linse (L), se figur 1.1. N˚ar de oprindelige lysstr˚aler ankommer til gitteret, er de alle i fase, idet
Page 1: Øvelse i kvantemekanik M˚aling af
Page 5 and 6: 1.3. FOTOCELLEN 5 Figur 1.2: Den st
Page 7: 1.4. FORSØGSGANG OG DATAANALYSE 7

Vejledning - alfin.dk

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?