EXP:Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mit einer Fotozelle (Spannungsmessung)

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.

Benötigtes Material

• Fotozelle (z.B. von Phywe, Leybold oder eine 1P39-Röhre)
• 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, 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)
• symmetrische Spannungsversorgung für den Operationsverstärker, Gleichspannung 9-15 V, verschiedene Optionen:
  • 2 Stück 9 V Blockbatterien
  • Labornetzgerät PeakTech 6300
  • Selbstbau
• 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 einer Fotozelle zur h-Bestimmung mit Interferenzfilter und LED

Schritt 2 - Aufbau des Messsystems

Abbildung 2: Schaltplan zur Messung der Leerlaufspannung an einer Fotozelle

Datei:EXP Quantenmechanik Wirkungsquantum Impedanzverstärker zur Spannungsmessung.jpg

Abbildung 3: Aufbau des Messkondensators mit Impedanzverstärker

Schritt 3

Halogenlampe

Abbildung 4: 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

Abbildung 6: Leerlaufspannung über der Wellenlänge aufgetragen

Datei:EXP Quantenmechanik Wirkungsquantum Phywe Ekin f.png

Abbildung 7: Einsteingerade, kinetische Energie (rechnerisch aus der Leerlaufspannung) über der Frequenz aufgetragen. Die Steigung der Ausgleichsgeraden entspricht dem Plancksche Wirkungsquantum

$\mathrm{i}\hslash \frac{\partial }{\partial t}|\psi (t)⟩=\hat{H}|\psi (t)⟩.$

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

Mögliche Probleme und ihre Lösungen

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

Sicherheitshinweise

Hier nötige Sicherheitshinweise notieren. Ggf. Betriebsanweisung verlinken.

• Influenzmaschine

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>

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       Ein Kolibri
  

Literatur

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