Untersuchung der Entladung von Metallplatten durch Licht
Aufbau und Durchführung

Eine frisch mit Sandpapier abgeschmirgelte Zinkplatte wird auf den Kopf des Elektroskops gesteckt. In einigen Zentimetern Abstand von der Zinkplatte wird eine geerdete Drahtspirale aufgestellt.
Als Lichtquelle dient eine Quecksilberdampflampe (Hg-Lampe), die sowohl sichtbares als auch ultraviolettes Licht aussendet.
Das Laden der Platte erfolgt mittels einer Hochspannungsquelle oder mit geriebenen Stäben (der mit dem Katzenfell geriebene Hartgummistab liefert negative Ladung; der mit Leder geriebene Glasstab positive Ladung).
1. Teilversuch : Bestrahlen einer zunächst ungeladenen und später positiv geladenen Platte
Die Zinkplatte ist zunächst ungeladen und wird später positiv geladen und jeweils mit dem Licht der Quecksilberdampflampe bestrahlt.
Aufgabe
Beschreibe mit Hilfe der Animation in Abb. 2 die Beobachtungen des 1. Teilversuchs.
2. Teilversuch : Bestrahlen einer negativ geladenen Platte
Die Zinkplatte wird negativ geladen und mit dem Licht der Quecksilberdampflampe bestrahlt.
Aufgabe
Beschreibe mit Hilfe der Animation in Abb. 3 die Beobachtungen des 2. Teilversuchs.
Formuliere eine zusammenfassende Erklärung für die Beobachtungen des 1. und des 2. Teilversuchs.
3. Teilversuch : Bestrahlen einer negativ geladenen Platte, vor der sich eine Glasscheibe befindet
Die Zinkplatte auf dem Elektroskop wird negativ geladen und anschließend mit Licht der Quecksilberdampflampe bestrahlt und zugleich eine Glasplatte in den Strahlengang gebracht.
Anschließend wird die Bestrahlungsintensität an der Zinkplatte dadurch erhöht, dass man die Quecksilberdampflampe annähert.
Aufgabe
Erläutere, inwiefern die Deutung dieses Versuches mit dem Wellenmodell des Lichts Schwierigkeiten bereitet.
Untersuchung des Photostroms
Aufbau und Durchführung

Eine frisch mit Sandpapier abgeschmirgelte Zinkplatte wird an den negativen Pol einer Hochspannungsquelle angeschlossen. In einigen Zentimetern Abstand von der Zinkplatte wird eine Drahtspirale als Gegenektrode aufgestellt, die an den positiven Pol der Hochspannungsquelle angeschlossen ist. Zwischen der negativ geladenen Platte und der Drahtspirale herrscht eine Spannung von ca. \(1\,\rm{kV}\).
Der an der Gegenelektrode ankommende Strom negativer Ladungen wird mit einem Messverstärker samt angeschlossenem Anzeigegerät registriert.
Als Lichtquelle dient eine Quecksilberdampflampe (Hg-Lampe), die sowohl sichtbares als auch ultraviolettes Licht aussendet.
Die nebenstehende Animation zeigt folgende Versuchsteile:
-
Beleuchtung der Zinkplatte mit Hg-Lampe (ohne Glasplatte im Strahlengang) aus großer Entfernung.
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Annäherung der Hg-Lampe an die Zinkplatte (ohne Glasplatte im Strahlengang).
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Beleuchtung der Zinkplatte mit Hg-Lampe (mit Glasplatte im Strahlengang) aus großer Entfernung.
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Annäherung der Hg-Lampe an die Zinkplatte (mit Glasplatte im Strahlengang).
Aufgabe
Zusammenhang zwischen Stromstärke I und Lichtintensität J
Formuliere einen qualitativen Zusammenhang zwischen I und J bei Teilversuch 2.
In der folgenden Tabelle ist der Zusammenhang zwischen dem Abstand d von Zinkplatte und Hg-Lampe und dem Strom I, welcher vom Messverstärker registriert wird, angegeben.
Abstand Lampe - Zinkplatte: d | Strom: I |
20 cm | 3,2·10-9A |
40 cm | 0,8·10-9A |
60 cm | 0,4·10-9A |
Anmerkungen: Die Zinkplatte wurde immer voll beleuchtet. Als Abstand misst man den Abstand vom Leuchtpunkt der Lampe zur Platte.
Welcher Zusammenhang lässt sich aus dieser Tabelle zwischen I und J entwickeln?
Beschreiben Sie in einigen Sätzen, welche "atomaren Vorgänge" sich bei den Teilversuchen 1 und 2 abspielen.
Aufgabe
Zusammenhang zwischen Strom I und Lichtfrequenz f
Erläutere, warum bei Teilversuch 3 der Strom auf Null abfällt, obwohl scheinbar die Helligkeit auf der Zinkplatte nicht merklich nachlässt. Ziehe dazu die nebenstehende Transmissionskurve mit in Betracht. Sie zeigt, welcher Prozentsatz des Lichtes einer bestimmten Wellenlänge durch Fensterglas hindurch tritt.
Bei Teilversuch 4 wird die Lichtintensität (mit Glasplatte im Strahlengang) erheblich gegenüber Teilversuch 3 gesteigert. Welchen Schluss kann man daraus ziehen, dass der Strom trotzdem beim Wert Null bleibt?
Die nebenstehende Animation zeigt ein mögliches Verfahren, um zum einen das Ladungsvorzeichen der Teilchen zu bestimmen, die bei der Bestrahlung mit UV-Licht aus der Zinkplatte ausgelöst werden.
Zum anderen kann man mit dieser Anordnung auch die spezifische Ladung dieser Teilchen bestimmen, wenn man einige messbare Parameter der Anordnung kennt.
Aufgabe
Erkläre, inwiefern es mit der nebenstehend skizzierten Anordnung möglich ist, die Identität der beim Photoeffekt ausgelösten negativen Ladungsträger zu klären.