Quantenphysik

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Energie abhängig von der Bestrahlungsdauer + der Intensität sein Welle würde kontinuierlich Energie an die e auf d. negativ geladenen Platte abgeben → bis e notwendige Energie besitzt um Platte zu verlassen → dies steht im Widerspruch zu Beobachtungen übertragene Energie = nicht abhängig von d. Dauer + Intensität jedoch von der Frequenz Elektron erhält also nicht kontinuierlich Energie durch das Licht sondern nur eine diskrete Menge an Energie (Quant) diese Eigenschaft -Widerspruch zur Wellentheorie + ist typisch für d. Teilchen = Photonen ist Energie eines Photons größer als d. Austrittsarbeit kann d. Elektron d. Platte verlassen entlädt sich sonst nicht zu beobachtende Erscheinung = photoelektrischer Effekt Photon = Teilchen des Lichts zeigt das Licht keine Welle ist 2.2 Äußerer photoelektrischer Effekt nach der Gegenfeldmethode Einstein 1905 Beim äußeren photoelektrischen Effekt werden Elektronen aus einem Festkörper heraus gelöst. 2.2.1 Energiebilanz f < fa ANXXXV Eph HA f = f G 11 Eph HA Eph = äußerer WA + Ekin t> fa Eph WA Ekin (!) 2.2.2 Bestimmung der Photonenenergie mit Gegenfeld J.0 Ekin in ev 7 Fotorelle ← Kathode Eph Eph ~ f => f P = LED Anodi Einsteingerade "nicht messbar (gestrichell) für for gilt Emin - 0 0 = Eph (fa) - WA 0 h FG - HA Impuls eines Photons h ā 1 in 1014 H₂ - konstant h für J = 0 gilt Ekine.u => Eph (f) - NA -eu el - Eph (f) - WA Ekin -HA fa Eph (f) - WA 1,2379 el 4,210 10 H₂ -45 = 2,95 10 eVs 4,72-10-34 7s h = h = fo Der Anstieg der Einsteingeraden entspricht dem Planckschen Wirkungsquantum h. Der Wert für h beträgt 6,626 10-34 Js oder 4,136 . 10-15 eVs. Damit ergibt sich die Energie eines Photons mit der Frequenz f zu: h.f WA = h. fG De - Broghie Wellenlänge h λ= m x v 2.3 Elektronenbeugung Louis de Broghie 1923 De Broghie Wellenlänge: Versuchsaufbau Glühkathode 2 Wehnelt- zylinder Beobachtung Beschleunigungs- spannung Ub Anode Elektronenstrahl h m x v Glasröhre (Vakuum) Graphit- plättchen Elektronen- strahl Fluoreszenzschicht ・Beugungsringe Graphit Elektronen besitzen Welleneigenschaften mit der De- Broghie Wellenlänge De Broghie postulierte 1923 die Existenz von Materiewellen, 1927 wurden diese experimentell bestätig Wellen-Teilchen Dualismus Jedes Quantenobjekt besitzt gleichzeitig Eigenschaften einer klassischen Welle (z.B. f, λ) und eines klassischen Teilchens (z.B. m, q, p, v). 3. Strahlung aus der Atomhülle und dem Atomkern 3.1 Geschichte der Atommodelle Demokrit 400 v. Chr. Dalton 1808 Thompson 1808 1903 Rutherford 1911 Bohr 1913 3.2 Das Bohrsche Atommodell Ides: Fel 2 Trn Fgrav = = 1. Borsche Postulat Elektronen bewegen sich auf Kreisbahnen um den Atomkern. 47J 2. Bohrsches Postulat Elektronen verhalten sich auf ihrer Bahn wie eine stehende Welle. n.X m₁m₂ 3. Bohrsches Postulat Elektronen können zwischen 2 Bahnen springen. Dabei wird ein Photon emittiert bzw. absorbiert. Die Energie des Photons entspricht der Energiedifferenz der Bahnen. Radius der n-ten Bahn des Wasserstoffatoms (n... Hauptquantenzahl) n² 62 π me .22 Bohrsche Atomradius ab λ = AB = Eres 27. => A Energie des n-ten Energieniveaus e² Tie² me STE₁n¹h² E. En= Ry Ry = -13,6 eV e Das Bohrsche Atommodell 12² TT. 15 (15 p O P Eo O me hin 2. Trnme ·me 8.80.1² Ry... Rydberg ·Schalen in der Atomhulle -Außenschale -Aromkern mit 1p² 3.3 Energietermschema von Wasserstoff E in ev 0 -0,45 -13,6 eV Eph -13,6 AE = Eph = Absorption und Emission im Energietermschema 14E/= Eph Eph = / En₂ - Engl Eph = UV Vakuummiveau sichtlar Balmerserie Lyman - serie ·n=4 ·n=3 [(₁/2 - 1/2 ) Ry | hxc 2 n = 2 n=1 En = n² Ry i Ry = -13,6 ev M-Schale IR L-Schale K-Schale n = ∞ 3 2 Paschen serie Schwächen des Borhschen Atommodells Relativitätstheorie bleibt unberücksichtigt Wasserstoffatom in Bohrs Modell müsste eine Scheibe sein Vorstellung einer definierten Bahn des Elektrons verletzt die Unschärferelation Heisenbergs konnte die Quantisierung des Drehimpulses nicht erklären Postulate werden durch kein grundlegendes Prinzip gerechtfertigt sondern nur durch ihren Erfolg Postulate Elektrodynamik wiedersprechen der klassischen