Denkfehler im Bayern-Abitur 2009?
Hallo, hier in der Bayern-Klausur von 2009 ist der klassische Versuch zum Photoeffekt jetzt so abgeändert, dass ein Kondensator an die Photoplatte angeschlossen wird, um dann die Spannung gegenüber der Erde zu messen.
So, wie ich mir das vorstelle, hängt die Spannung am Kondensator davon ab, wie viele Elektronen auf der Platte durch Photonen bereits herausgeschlagen wurden. Das müsste dann davon abhängen, wie lange ich der Platte das UV-Licht aussetze. Das wird auch von Aufgabe b) suggeriert, dort muss ich ein t-U- Diagramm zeichnen.
Jetzt soll ich aber unabhängig von der Zeit mit einer gegebenen Spannung die Austrittsarbeit berechnen W_A, nur ich verstehe nicht, was die Energie des Lichts mit der sich aufbauenden Spannung zu tun haben soll? Das hängt doch nur von der Anzahl an herausgeschlagenen Elektronen ab, oder nicht? Nur weil ich da eine Spannung und eine Wellenlänge gegeben hab, heißt das doch nicht, dass ich da wild drauf Los einfach h*f - e* U rechnen kann. Bei der Gegenfeldmethode macht das ja Sinn.
Aber bei diesem Versuch ist das doch was anderes, oder nicht? Das ist wie Äpfel mit Birnen zu vergleichen.
Danke im Voraus!
4 Antworten
Die 1,1 V scheinen die MAXIMALE Spannung zu sein. Wenn dieser Wert erreicht ist, treten keine weiteren Elektronen mehr aus. Daher lässt sich aus We und Wl das Wa berechnen.
Ja..das ist letztlich genauso wie das Gegenfeld...nur das man keinen Fotostrom bestimmt, sondern nur, wann dieser Null wird.
a) Um die Austrittsarbeit Wa der Satelliten-Außenhaut zu berechnen, können wir die Beziehung zwischen der Kondensatorspannung U und der Austrittsarbeit verwenden:
U= 1:e • Wa
Dabei ist e die Elementarladung und beträgt ungefähr 1,6 • 10 *-19 C. Die gegebene Spannung beträgt 1,1 V Setzen wir diese Werte in die Gleichung ein:
1,1 V = 1 : 1,6 • 10*-19 C • Wa
Wa = 1,1V • 1,6 • 10 *-19 C
Wa≈ 1,76 • 10*-19 C • V ≈ 5,1 eV.
Das entspricht der gegebenen Austrittsarbeit von 5.1 eV.
b) Wenn der Versuch mit UV-Licht noch kürzerer Wellenlänge durchgeführt wird, bedeutet dies, dass die Energie pro Photon höher ist. Dadurch werden mehr Elektronen mit höherer kinetischer Energie ausgelöst. Der zeitliche Verlauf der Kondensatorspannung wird steiler verlaufen, da pro Zeitintervall mehr Elektronen herausgeschlagen werden. Daher wird der Graph im t-U-Diagramm steiler ansteigen.
Ich hoffe ich habe es richtig und verständlich erklärt,
lg Lena
Emm, wo in der Rechnung taucht denn die Wellenlänge auf?
Die 1,1 V entstehen erst durch die ausgetretenen Fotoelektronen!
Danke!,
Ich hätte tatsächlich argumentiert, dass der Verlauf weniger steil verläuft, weil die Aufgabenstellung explizit erwähnt, dass die Strahlungsleistung die gleiche bleibt, d.h. bei energiereicheren Photonen, weniger Photonen. Weniger Photonen können in gleicher Zeit auch weniger Elektronen herauslösen. Trotzdem würde der weniger steile Graph auch nach Ende des Definitionsbereich des ersten Graphs bei 1,1 V weiter gehen, weil die Photonen eben mehr Energie besitzen, um noch weiter Elektronen herauszulösen.
Die Maximalspannung die erreicht werden kann (Grenzwert der e-fkt für t gegen oo) hängt von der Energie der Phononen ab. Die Energie des Photon wird an das Elektron abgegeben. Die Elementarladung des Elektrons ist bekannt. Damit lässt sich die maximale Spannungsdifferenz errechnen, die das Elektron mit der gegebenen (Anfangs)-Energie überwinden kann.
Wenn die Energie des Lichts nicht hoch genug ist, dann können gegen die Austrittsarbeit und die entstandene Spannung keine Elektronen mehr herausgeschlagen werden.
Also muss das Elektron gegen die am Kondensator anliegende Spannung beim Austritt zusätzlich arbeiten?