EXP:Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mit einer Fotozelle (Spannungsmessung): Unterschied zwischen den Versionen

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Kurzbeschreibung des Experiments in maximal fünf Sätzen.
In diesem Versuch wird ähnlich wie bei der [[EXP:Bestimmung_des_Planckschen_Wirkungsquantums_mit_einer_Fotozelle_(Strommessung)|Gegenfeldmethode]] das Plancksche Wirkungsquantum mit Hilfe einer Fotozelle bestimmt. Dies geschieht über die Bestimmung der Steigung der Einsteingeraden. Hier wird nun aber keine gezielte Spannung an die Elektroden angelet und der resultierende Strom gemessen. Stattdessen wird ausgenutzt, dass sich die Grenzspannung nach einiger Zeit der Beleuchtung von selbst einstellt. Da die Kapazität der Fotozelle und der Innenwiderstand eines Handmultimeters zu klein sind um eine direkte Messung zu erlauben wird ein Messkondensator mit Impedanzverstärker dazwischengeschaltet.
 
 
 
 
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[[Datei:EXP Quantenphysik Phywe Fotozelle LED Filter Voc.jpg|Aufbau einer Fotozelle zur h-Bestimmung mit Interferenzfilter und LED|1200px|thumb|right|alternativtext=Aufbau einer Fotozelle zur h-Bestimmung mit Interferenzfilter und LED ]]
[[Datei:EXP Quantenphysik Phywe Fotozelle LED Filter Voc.jpg|Aufbau einer Fotozelle zur h-Bestimmung mit Interferenzfilter und LED|500px|thumb|right|alternativtext=Aufbau einer Fotozelle zur h-Bestimmung mit Interferenzfilter und LED ]]
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== Benötigtes Material ==
== Benötigtes Material ==


Als Liste einfügen mit den Links zur Hardware, wenn sie sich schon im Wiki befindet. Beispiel:
* Fotozelle (z.B. von Phywe<ref>[https://www.phywe.de/physik/moderne-physik/quantenphysik/fotozelle-zur-h-bestimmung-mit-gehaeuse_1085_2016/''Phywe Fotozelle zur h-Bestimmung''] Abgerufen am 25.03.2022</ref>, Leybold<ref>[https://www.ld-didactic.de/documents/de-DE/GA/GA/5/558/55877d.pdf''Gebrauchsanweisung der Leybold Fotozelle zur h-Bestimmung''] Abgerufen am 25.03.2022</ref> oder eine 1P39-Röhre<ref>[https://www.3bscientific.de/product-manual/1000537_DE1.pdf''Gebrauchsanweisung Planck’sche-Konstante-Apparat von 3B Scientific'']</ref>)
* Fotozelle (z.B. von Phywe<ref>[https://www.phywe.de/physik/moderne-physik/quantenphysik/fotozelle-zur-h-bestimmung-mit-gehaeuse_1085_2016/''Phywe Fotozelle zur h-Bestimmung''] Abgerufen am 25.03.2022</ref>, Leybold<ref>[https://www.ld-didactic.de/documents/de-DE/GA/GA/5/558/55877d.pdf''Gebrauchsanweisung der Leybold Fotozelle zur h-Bestimmung''] Abgerufen am 25.03.2022</ref> oder eine 1P39-Röhre<ref>[https://www.3bscientific.de/product-manual/1000537_DE1.pdf''Gebrauchsanweisung Planck’sche-Konstante-Apparat von 3B Scientific'']</ref>)
* Lichtquelle, die einen möglichst weiten Bereich des Spektrums abdeckt, in dem die Fotozelle relevant hohe Sensitivität besitzt (bis 800&thinsp;nm bei der Phywe-Fotozelle)
* Lichtquelle, die einen möglichst weiten Bereich des Spektrums abdeckt, in dem die Fotozelle relevant hohe Sensitivität besitzt (bis 800&thinsp;nm bei der Phywe-Fotozelle)
** LED: z.B. Thorlabs MCWHLP1, helle LED bei max. 700&thinsp;mA, aber nur bis ca. 700&thinsp;nm Wellenlänge genug Intensität
** LED: z.B. Thorlabs MCWHLP1<ref>[https://www.thorlabs.com/_sd.cfm?fileName=MTN005526-S01.pdf&partNumber=MCWHLP1''Datenblatt MCWHLP1''] Abgerufen am 26.03.2022</ref>, helle LED bei max. 700&thinsp;mA, aber nur bis ca. 700&thinsp;nm Wellenlänge genug Intensität
** Halogenlampe: z.B. Cornelsen Optikleuchte, helle 12V-Lichtquelle, wenig Intensität im UV-Bereich.
** Halogenlampe: z.B. Cornelsen Optikleuchte, helle 12V-Lichtquelle, wenig Intensität im UV-Bereich.
* Interferenzfilter mit Aufnahme, mit denen möglichst der für die Fotozelle relevante Bereich abgedeckt werden kann (425-800&thinsp;nm)  
* Interferenzfilter mit Aufnahme, mit denen möglichst der für die Fotozelle relevante Bereich abgedeckt werden kann (425-800&thinsp;nm)  
* Operationsverstärker mit möglichst hohem Eingangswiderstand (z.B. LF411)
* Operationsverstärker mit möglichst hohem Eingangswiderstand (z.B. LF411<ref>[https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lf411.pdf?ts=1648291173698&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FLF411''Datenblatt LF411''] Abgerufen am 26.03.2022</ref>)
* symmetrische Spannungsversorgung für den Operationsverstärker, Gleichspannung 9-15&thinsp;V
* symmetrische Spannungsversorgung für den Operationsverstärker, Gleichspannung 9-15&thinsp;V, verschiedene Optionen:
** 2 Stück 9&thinsp;V Blockbatterien
** 2 Stück 9&thinsp;V Blockbatterien
** PeakTech 6300
** [[HW:Labornetzgerät_PeakTech_6300|Labornetzgerät PeakTech 6300]]
** Selbstbau LINK
** [[BP:Symmetrische_Spannungsversorgung|Selbstbau]]
* Handmultimeter
* Handmultimeter
* Breadboard und Steckkabel
* Breadboard und Steckkabel
* 1&thinsp;GOhm Widerstand
* Schalttaster
* [[HW:Bananenkabel_2mm|Bananenkabel]]
* [[HW:Bananenkabel_2mm|Bananenkabel]]
* Alufolie
* Alufolie
;Optional
* sehr großer Widerstand (z.B. 1&thinsp;GΩ), Toleranz spielt keine Rolle
* Schalttaster
* Falls die Intensität der Lichtquelle nicht ausreicht: Linsen zur Fokussierung
* Präzises Sourcemeter (z.B. Agilent B2900)




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; Schritt 1 : LED
; Schritt 1 - Aufbau von Lichtquelle und Fotozelle: In Abbildung 1 ist der Aufbau am Beispiel der Phywe-Fotozelle mit LED-Beleuchtung zu sehen. Diese Fotozelelle hat bereits nur noch eine kleine Öffnung für einfallendes Licht. Die Aufnahme für verschiedene Interferenzfilter ist so vor dieser Öffnung zu positionieren, dass der Einfall ausgeschlossen ist.
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     [[Datei:EXP Quantenphysik Aufbau der Fotozelle mit LED und Filter.jpg|500px|thumb|right||Aufbau mit LED]]
     [[Datei:EXP Quantenphysik Aufbau der Fotozelle mit LED und Filter.jpg|500px|thumb|right||Abbildung 1: Aufbau mit LED]]
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; Schritt 2 : Impedanzverstärker
; Schritt 2 - Aufbau des Messsystems:  
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Version vom 26. März 2022, 11:15 Uhr


In diesem Versuch wird ähnlich wie bei der Gegenfeldmethode das Plancksche Wirkungsquantum mit Hilfe einer Fotozelle bestimmt. Dies geschieht über die Bestimmung der Steigung der Einsteingeraden. Hier wird nun aber keine gezielte Spannung an die Elektroden angelet und der resultierende Strom gemessen. Stattdessen wird ausgenutzt, dass sich die Grenzspannung nach einiger Zeit der Beleuchtung von selbst einstellt. Da die Kapazität der Fotozelle und der Innenwiderstand eines Handmultimeters zu klein sind um eine direkte Messung zu erlauben wird ein Messkondensator mit Impedanzverstärker dazwischengeschaltet.

Aufbau einer Fotozelle zur h-Bestimmung mit Interferenzfilter und LED
Aufbau einer Fotozelle zur h-Bestimmung mit Interferenzfilter und LED


Benötigtes Material

  • Fotozelle (z.B. von Phywe[1], Leybold[2] oder eine 1P39-Röhre[3])
  • Lichtquelle, die einen möglichst weiten Bereich des Spektrums abdeckt, in dem die Fotozelle relevant hohe Sensitivität besitzt (bis 800 nm bei der Phywe-Fotozelle)
    • LED: z.B. Thorlabs MCWHLP1[4], helle LED bei max. 700 mA, aber nur bis ca. 700 nm Wellenlänge genug Intensität
    • Halogenlampe: z.B. Cornelsen Optikleuchte, helle 12V-Lichtquelle, wenig Intensität im UV-Bereich.
  • Interferenzfilter mit Aufnahme, mit denen möglichst der für die Fotozelle relevante Bereich abgedeckt werden kann (425-800 nm)
  • Operationsverstärker mit möglichst hohem Eingangswiderstand (z.B. LF411[5])
  • symmetrische Spannungsversorgung für den Operationsverstärker, Gleichspannung 9-15 V, verschiedene Optionen:
  • Handmultimeter
  • Breadboard und Steckkabel
  • Bananenkabel
  • Alufolie
Optional
  • sehr großer Widerstand (z.B. 1 GΩ), Toleranz spielt keine Rolle
  • Schalttaster
  • Falls die Intensität der Lichtquelle nicht ausreicht: Linsen zur Fokussierung
  • Präzises Sourcemeter (z.B. Agilent B2900)


Versuchsaufbau

Schritt 1 - Aufbau von Lichtquelle und Fotozelle
In Abbildung 1 ist der Aufbau am Beispiel der Phywe-Fotozelle mit LED-Beleuchtung zu sehen. Diese Fotozelelle hat bereits nur noch eine kleine Öffnung für einfallendes Licht. Die Aufnahme für verschiedene Interferenzfilter ist so vor dieser Öffnung zu positionieren, dass der Einfall ausgeschlossen ist.
Abbildung 1: Aufbau mit LED
Schritt 2 - Aufbau des Messsystems
Schaltplan zur Messung der Leerlaufspannung an einer Fotozelle
Datei:EXP Quantenmechanik Wirkungsquantum Impedanzverstärker zur Spannungsmessung.jpg
Aufbau des Messkondensators mit Impedanzverstärker
Schritt 3
Halogenlampe
Aufbau mit Halogenlampe




Auswertung

Hier sollen Diagramme, Werte und eine Fehlerabschätzung zum Experiment hin. Gegebenenfalls können hier auch Gleichungen eingebunden werden. Mathematische Ausdrücke werden durch den <math>-Tag initiiert:

Datei:EXP Quantenmechanik Wirkungsquantum Phywe Voc lambda.png
Datei:EXP Quantenmechanik Wirkungsquantum Phywe Ekin f.png
iℏ∂∂t|ψ(t)⟩=H^|ψ(t)⟩.

Beim Vergleich mit Literaturwerten oder ähnlichem sollte durch die Referenzumgebung <ref> auf geeignete Quellen verwiesen werden, diese erscheinen dann auch automatisch am Seitenende.[6]




Mögliche Probleme und ihre Lösungen

Treten beim Experiment häufiger Fehler auf? Bitte beschreibe sie hier.




Sicherheitshinweise

Hier nötige Sicherheitshinweise notieren. Ggf. Betriebsanweisung verlinken.




Fotos

Am Ende des Dokuments kommt eine Galerie aller Bilder, die zu diesem Experiment unter dem Namensraum "Datei:" bereits vorhanden sind. Im Allgemeinen lohnt es sich häufig auch, bereits bestehende Texte und deren Syntax zu betrachten:
<div class="row"> <div class="large-4 large-centered columns"> <ul class="example-orbit" data-orbit> <li> [[Datei:Bild.png|slide 1]] <div class="orbit-caption"> Bildbeschreibung </div> </li> </ul> </div> </div>


  • slide 1 
        Platzhalter
  • slide 2 
         Ein Kolibri



Literatur

  1. ↑ Phywe Fotozelle zur h-Bestimmung Abgerufen am 25.03.2022
  2. ↑ Gebrauchsanweisung der Leybold Fotozelle zur h-Bestimmung Abgerufen am 25.03.2022
  3. ↑ Gebrauchsanweisung Planck’sche-Konstante-Apparat von 3B Scientific
  4. ↑ Datenblatt MCWHLP1 Abgerufen am 26.03.2022
  5. ↑ Datenblatt LF411 Abgerufen am 26.03.2022
  6. ↑ Website Abteilung Physik und ihre Didaktik Abgerufen am 31.08.2021
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