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Einfach erklärt: Hallwachs-Versuch, Lichtelektrischer Effekt, Bohrsches Atommodell und Elektronenbeugung

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GG

6.5.2022

Natur und Technik

Quantenphysik

Einfach erklärt: Hallwachs-Versuch, Lichtelektrischer Effekt, Bohrsches Atommodell und Elektronenbeugung

Der Hallwachs-Versuch und der lichtelektrische Effekt markieren den Beginn der Quantenphysik. Das Bohrsche Atommodell und die Elektronenbeugung sind weitere wichtige Konzepte, die das Verständnis der Atomstruktur und des Welle-Teilchen-Dualismus revolutionierten.

  • Der Hallwachs-Versuch zeigt, dass Licht Elektronen aus Metallen lösen kann
  • Der äußere photoelektrische Effekt wird durch die Gegenfeldmethode untersucht
  • Das Bohrsche Atommodell beschreibt Elektronen auf diskreten Energieniveaus
  • Die Elektronenbeugung demonstriert den Wellencharakter von Elektronen
  • Diese Experimente und Modelle legten den Grundstein für die moderne Quantenphysik
...

6.5.2022

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2.1 Hallwachsversuch
gehört zu den ersten Experimenten d. den äußeren
photoelektrischen Effekt zeigen
läutete gegen Ende des 19. Jh. d. Zeit

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Der äußere photoelektrische Effekt und die Gegenfeldmethode

Der äußere lichtelektrische Effekt, von Einstein 1905 erklärt, beschreibt das Herauslösen von Elektronen aus einem Festkörper durch Lichteinwirkung. Die Gegenfeldmethode ist eine wichtige experimentelle Technik zur Untersuchung dieses Effekts.

Die Energiebilanz des photoelektrischen Effekts lässt sich wie folgt beschreiben:

Eph = WA + Ekin

Dabei ist Eph die Energie des Photons, WA die Austrittsarbeit und Ekin die kinetische Energie des herausgelösten Elektrons.

Example: Bei der Gegenfeldmethode wird eine Gegenspannung angelegt, um die kinetische Energie der Elektronen zu bestimmen.

Die Photonenenergie lässt sich mit der Einstein-Gleichung berechnen:

Eph = h * f

Hier ist h das Plancksche Wirkungsquantum und f die Frequenz des Lichts.

Highlight: Der Anstieg der Einsteingerade in der grafischen Darstellung entspricht dem Planckschen Wirkungsquantum h.

Die De-Broglie-Wellenlänge, benannt nach Louis de Broglie, beschreibt die Welleneigenschaften von Teilchen:

λ = h / mvm * v

Diese Gleichung verbindet die Wellenlänge λ mit dem Impuls mvm * v eines Teilchens.

2.1 Hallwachsversuch
gehört zu den ersten Experimenten d. den äußeren
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läutete gegen Ende des 19. Jh. d. Zeit

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Elektronenbeugung und das Bohrsche Atommodell

Die Elektronenbeugung, 1923 von Louis de Broglie vorhergesagt und 1927 experimentell bestätigt, demonstriert den Wellencharakter von Elektronen. Der Versuchsaufbau besteht aus einer Elektronenquelle, einem Graphitplättchen als Beugungsgitter und einem Fluoreszenzschirm zur Beobachtung der Beugungsmuster.

Definition: Der Welle-Teilchen-Dualismus besagt, dass Quantenobjekte sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften besitzen.

Das Bohrsche Atommodell, 1913 von Niels Bohr entwickelt, war ein wichtiger Schritt im Verständnis der Atomstruktur. Es basiert auf drei Postulaten:

  1. Elektronen bewegen sich auf Kreisbahnen um den Atomkern.
  2. Elektronen verhalten sich auf ihrer Bahn wie stehende Wellen.
  3. Elektronen können zwischen Bahnen springen, wobei Photonen emittiert oder absorbiert werden.

Highlight: Die 3 Bohrschen Postulate erklären die diskreten Energieniveaus und Spektrallinien von Atomen.

Das Modell liefert Formeln für den Radius der n-ten Bahn und die Energie des n-ten Energieniveaus im Wasserstoffatom:

rn = n² * ħ2/(mee2kħ² / (me * e² * k) En = -Ry / n²

Dabei ist Ry die Rydberg-Energie von -13,6 eV.

Vocabulary: Hauptquantenzahl - Die Zahl n, die die Hauptenergieschale eines Elektrons im Atom angibt.

Obwohl das Bohrsche Atommodell einige Schwächen aufweist und durch modernere Modelle ersetzt wurde, bleibt es ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der Quantenphysik und bietet eine anschauliche Erklärung für viele atomare Phänomene.

Nichts passendes dabei? Erkunde andere Fachbereiche.

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Natur und Technik

4.426

6. Mai 2022

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Einfach erklärt: Hallwachs-Versuch, Lichtelektrischer Effekt, Bohrsches Atommodell und Elektronenbeugung

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@gg_studys

Der Hallwachs-Versuch und der lichtelektrische Effekt markieren den Beginn der Quantenphysik. Das Bohrsche Atommodell und die Elektronenbeugung sind weitere wichtige Konzepte, die das Verständnis der Atomstruktur und des Welle-Teilchen-Dualismus revolutionierten.

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Der äußere photoelektrische Effekt und die Gegenfeldmethode

Der äußere lichtelektrische Effekt, von Einstein 1905 erklärt, beschreibt das Herauslösen von Elektronen aus einem Festkörper durch Lichteinwirkung. Die Gegenfeldmethode ist eine wichtige experimentelle Technik zur Untersuchung dieses Effekts.

Die Energiebilanz des photoelektrischen Effekts lässt sich wie folgt beschreiben:

Eph = WA + Ekin

Dabei ist Eph die Energie des Photons, WA die Austrittsarbeit und Ekin die kinetische Energie des herausgelösten Elektrons.

Example: Bei der Gegenfeldmethode wird eine Gegenspannung angelegt, um die kinetische Energie der Elektronen zu bestimmen.

Die Photonenenergie lässt sich mit der Einstein-Gleichung berechnen:

Eph = h * f

Hier ist h das Plancksche Wirkungsquantum und f die Frequenz des Lichts.

Highlight: Der Anstieg der Einsteingerade in der grafischen Darstellung entspricht dem Planckschen Wirkungsquantum h.

Die De-Broglie-Wellenlänge, benannt nach Louis de Broglie, beschreibt die Welleneigenschaften von Teilchen:

λ = h / mvm * v

Diese Gleichung verbindet die Wellenlänge λ mit dem Impuls mvm * v eines Teilchens.

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Elektronenbeugung und das Bohrsche Atommodell

Die Elektronenbeugung, 1923 von Louis de Broglie vorhergesagt und 1927 experimentell bestätigt, demonstriert den Wellencharakter von Elektronen. Der Versuchsaufbau besteht aus einer Elektronenquelle, einem Graphitplättchen als Beugungsgitter und einem Fluoreszenzschirm zur Beobachtung der Beugungsmuster.

Definition: Der Welle-Teilchen-Dualismus besagt, dass Quantenobjekte sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften besitzen.

Das Bohrsche Atommodell, 1913 von Niels Bohr entwickelt, war ein wichtiger Schritt im Verständnis der Atomstruktur. Es basiert auf drei Postulaten:

  1. Elektronen bewegen sich auf Kreisbahnen um den Atomkern.
  2. Elektronen verhalten sich auf ihrer Bahn wie stehende Wellen.
  3. Elektronen können zwischen Bahnen springen, wobei Photonen emittiert oder absorbiert werden.

Highlight: Die 3 Bohrschen Postulate erklären die diskreten Energieniveaus und Spektrallinien von Atomen.

Das Modell liefert Formeln für den Radius der n-ten Bahn und die Energie des n-ten Energieniveaus im Wasserstoffatom:

rn = n² * ħ2/(mee2kħ² / (me * e² * k) En = -Ry / n²

Dabei ist Ry die Rydberg-Energie von -13,6 eV.

Vocabulary: Hauptquantenzahl - Die Zahl n, die die Hauptenergieschale eines Elektrons im Atom angibt.

Obwohl das Bohrsche Atommodell einige Schwächen aufweist und durch modernere Modelle ersetzt wurde, bleibt es ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der Quantenphysik und bietet eine anschauliche Erklärung für viele atomare Phänomene.

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Der Hallwachs-Versuch

Der Hallwachs-Versuch ist eines der ersten Experimente, das den äußeren lichtelektrischen Effekt demonstriert. Wilhelm Hallwachs führte diesen Versuch 1802 durch und läutete damit das Zeitalter der Quantenphysik ein.

Der Versuchsaufbau besteht aus einer Quecksilberdampflampe, einer Glasplatte, einer Zinkplatte und einem Elektroskop. Bei der Durchführung wird die Zinkplatte sowohl negativ als auch positiv geladen und dann mit normalem Licht sowie UV-Licht bestrahlt.

Highlight: Eine negativ geladene Zinkplatte kann nur durch UV-Licht entladen werden, nicht durch normales sichtbares Licht.

Diese Beobachtung steht im Widerspruch zur klassischen Wellentheorie des Lichts. Die Entladung hängt nicht von der Bestrahlungsdauer oder -intensität ab, sondern von der Frequenz des Lichts. Dies deutet auf die Quantennatur des Lichts hin.

Vocabulary: Austrittsarbeit - Die Energie, die ein Elektron benötigt, um die Oberfläche eines Materials zu verlassen.

Der Hallwachs-Versuch zeigt, dass Licht sich wie Teilchen PhotonenPhotonen verhält, die diskrete Energiemengen übertragen. Nur wenn die Energie eines Photons größer als die Austrittsarbeit ist, kann ein Elektron die Platte verlassen.

Definition: Der photoelektrische Effekt beschreibt das Phänomen, bei dem Elektronen durch Lichteinwirkung aus einem Material herausgelöst werden.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

iOS user

Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

iOS user

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Lena M

Android user

Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

Android user

Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

Android user

Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

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Marcus B

iOS user

Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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