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Quantenphysik & Franck-Hertz-Versuch

2.2.2021

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Im Jahre 1913 wurde von F. Franck und G. Hertz experimentell das Bohr'sche Atommodell
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Ral 120 100 Physik Franck-Hertz-Versuch mit Neon Im Jahre 1913 wurde von F. Franck und G. Hertz experimentell das Bohr'sche Atommodell bestätigt Für eine Messung mit dem Edelgas Neon ergibt sich das folgende Ergebnis: la in A Klausur Nr. 1 un Ug in V 1. Skizzieren Sie den Aufbau des Experiments inklusive Beschaltung. 17.11.2020 2. Erklären Sie das Auftreten des ersten relativen Maximums und Minimums der Stromstärke. (der Abstand zweier aufeinander folgender Maxima entspricht einer Spannungsdifferenz von AUB = 18,3V). 3. Berechnungen a. Berechnen Sie die nötige kinetische Energie und Geschwindigkeit der stoßenden Elektronen, um Ne-Arome anregen zu können. Ekin = 18,300e! b. Die angeregten Neonatome geben beim Übergang in den Grundzustand ihre Anregungsenergie in Form von Photonen ab. Berechnen Sie die Wellenlänge des dabei ausgesandten Lichts". Welchem Spektralbereich lässt sich diese Lichtsorte" zurechnen? 4. Erklären Sie, warum die Maxima mit steigender Beschleunigungsspannung ansteigen. 5. Betrachtet man die Energiestufen im Neon-Atom für die unteren Energiestufen, so ergibt sich das folgende ,,Bild": Stes Meximum ↑ Anregung 0 3,3 -5 -18,3 -21,6 En/ev ✓ n = 0 и= 3 n=2, Morimum 7. n=1 Mögliche übergänge a. Zeichnen Sie den Übergang für die Anregung aus dem Grundniveau heraus (Aufgabenteil 2 und 3) ein! b. Welche Emissionsübergänge sind nach dieser Anregung dann zusätzlich möglich? Zeichnen Sie die entsprechenden Übergänge ein! Berechnen Sie die jeweiligen Wellenlängen der dabei ausgesandten Photonen! 6. Anregungszonen Wird die Beschleunigungsspannung langsam erhöht, bilden sich bei genügend hoher kinetischer Energie der beschleunigten Elektronen Anregungszonen" in der Triode. a. Die mögliche Anregungszone beim ersten Maximum...

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befindet sich Xzwischen Kathode und Gitter o zwischen Gitter und Anode o direkt vor der Kathode direkt vor dem Gitter b. Bei der Erhöhung der Beschleunigungsspannung o verschieben sie sich in Richtung Anode o verbleiben sie in ihrer Position o verschieben sie sich in Richtung Gitter verschieben sie sich in Richtung Kathode c. Bei Erreichen des zweiten relativen Maximums o existiert eine Anregungszone existieren zwei Anregungszonen o existieren drei Anregungszonen o erlöscht die erste sich ausgebildete Anregungszone o erlöschen alle Anregungszonen 212 AN o bildet sich eine neue Anregungszone vor der Anode bildet sich eine neue Anregungszone vor dem Gitter 313 o befindet sich die erste Anregungszone mittig zwischen Kathode und Anode befindet sich die erste Anregungszone mittig zwischen Kathode und Gitter ✓ o befindet sich die erste Anregungszone mittig zwischen Anode und Gitter Viel Erfolg! 616 Klausur 416 1. Skizze H H = Heizung k = kathode G = Gitter UB UG₂ A = Auffarganode A = Shomstärke Quan tên physik Beschleunigungsspannung Gegenspannung 3. a) Berechne regen. Ekin = 18,3V e Exin = 1/2/2 2 Ekin = V 2. Erklaren Sie das Auftreten des 1. relativen. Maximumns & Minimums von (A A Dadurch Zu Anfang werden die Elektronen durch einen elastischen Stoß ( kein Energiever lust) freigegeben. steigt der Strom. Die Anode kann den Elektronen erreicht werden, die Gegenspannung wird überwunden. Danach folgt ein inelastischer Stoß. Somit geben Elektronen ihre kinetische Energie an ein Atom ab, weshalb die meisten € die Gegen- Spannung nicht überwinden können und die Anode erreichen. Folgend fällt der Strom ab nicht 2 elas 1. Minimum, wird erreicht. ✓ 2 Ekin me UB me v² =v² = UG ·me.v²12 ما قال لي ان مانا 2 Ekin me Glaskolben IA Ekin & V, die Nc - Atome an- = 2,932·10 ¹8 19 Time 15 von 22,932 10 me V = 2537187, 142 m/ b) Berechne c = x · flif | ² = X λ = die Wellenlänge J/4 5. E = h⋅f lih E f = f = f = 4,425 · 1015 21932 10-187 5 A & Lichtsorte H2 λ = ·4,425 10 X = 677, 49 nm. fUmreclicy. → 677,49nm : Das Licht liegt in dem roten Bereich. folgerichting die Maxima mit steigender. 4/4 H₂ =6,78-10-8 4.5/5 4. Erkläre, warum UB ansteigt: Die Abwechslung von Energieverlust) elastischen (kein und inelastischen Stößen sorgt dafür, dass es einen ständigen gequan- telten vorgang Energieaus tausch gibt. Dieser ist dafür verantwortlich, dass wenn die Die Beschleunigungsspannung steigt, auch die Stromstärke ansteigt. elektronen sind zudem in Anregungszonen, was den Effekt ve - deutlicht, Diese, Anregungszonen werden nämlich mit zunehmender us bach links verschoben. Das erkennt man im Graphen an den Hochpunkten Nevi! 1012 5b) Berechne (=dif.bf E=ht n₁ = 21,6V liboga h₂ = -5 V 212 n3 = -3,3V h∞ = 0 a195/4 E ₂²³ €₂ = n3-4₂= E ₁: Wellenlängen = -3,3er-(-sav = 117 eve ✓ =2₁724-10-197 3,5/4 Енчилен! E=h⋅f 1:h f E h if = f = 4,111-10 2,724-10" 14 E f=€ H₂ E₁=n₂-n₁ 64 ) = x = f λ = 746 nm En₂ n1= -5 +-21₁6= E=h⋅f lih x = = X = 4,111:10^4H2 6-7 m X= 7,292 10 λ = 729 nm v Das kommt hin f = 15 f = 4,0 138 10' 261² = -4,014-10³4 x = 6₂ f -4,014.10 412 X =// -7,468-10² → Das ist deutlich falsch. ->Fehler Ekin? wie? 2,6596-10180 h на ( -5 - - 2116) 17 1616 € V-e = 2,6596.10 -18 7 -26,6) Hz x = f. luureiting s... 4,0138 10¹57,469-10² -8 13 Punkte g. e. V Formelsammlung 4 : Schwingungen : größe Frequenz 1. Schwingung. A f = 4/ : Schwingungs- dauer 2) Welle: c= d.f 3) Interferenz Aus lenkung / Elongation Amplitude Wellenlänge Gangunter- schied 1. Konstruktive Doppel spalt an: d= Symbol f As = 13₂-511 As n-e T S und Wellen ŝ d AS Fadenpendel T = 2TT. 1 शा 8 l: Faden lange 8 9.8.1 t/2 и: Ordung Interferenz maximum. AS Gaugunterschied / Wegdifferenz ! d Spaltabstand Gitter konstante Ein heit 1 Hz As n.d = 0,1×, 2x₁ sa,... hE IN. 1 ш лш 1m 1 ш Foder pendel T= 2² Di Feder konstante/Federhärte Abstand Doppelspult /Gitter_Schirm Abstand Maximum nter Ordnung. vour Maximum Oter Ordnung. 2) Destruktive As = (24+1) α = 082; 1,53; 2,5 à, HEINO Gitter tan α = Farbname Purpurblau Blau Grünlich-Blau Cyan (Blau) Bláulich-Grün Grün au e Gelblich-Grün Gelb-Grün Grünlich-Gelb Gelb Gelblich-Orange Orange Rotlich-Orange Rot i sind= WELLENLÄNGEN DER SICHTBAREN FARBEN Wellenlängenbereich (nm) 380-450 450-482 482-497 487-492 492-497 497-530 530-560 560-570 n.d g 570-575 575-580 580-585 565-59 595-620 620-780 VI Formelsammlung 5. Quan tu plysik Photon E = li f Photo - Effikt h⋅f= E= WA + Erin 1 Auslöse arbeit Elektronenvolf (ev) E (in c=d. -> J E (Cine v) Elinel ) Elin JI f Einstein Gleichung. CASIO Shift 7 03 - 0,6 - 23 Material Rb Cs K Na Ba Al Zn Pt Ta Mo Cu Ag W Au Li Ni Austrittsarbeit 2,13 1,7-2,14 2,25 2,28 1,8-2,52 me li e C. 3,0-4,20 4,34 5,32-5,66 4,19 4,16-4,2 4,3-4,5 4,05 -4,6 4,54-4,6 4,8-5,4 2,2 5,0 N 33 ^^ 23 13 Formelsammlung 1 I Mechanik Größe Zeit шед Geschwindigkeit Beschleunigung Symbol | Einkeit Ł a a Vo = koust auf I lineare Bewegungen 1. Gleichförmige Bewegung (V=Vo = konstant) S = v₁.t Vo = AS At 15 лш 1 m S 1 m 2 √2 =0% / 1² 2. Gleichmäßig beschlen wijte Bewegung (a=a. = kount.) 5 = 1/2+² S v = a.t a = a₁ = koust aut Intervall // Durchschuilts geschwindigkeit V = AS At a = AV At Formelsammlung 2 3. Freier Fall 5(+1=21281² V(H = g) ·t al+ 1 = g 4. Würfe 4.1. 4.2. 43. [v₁ VCH) = V₂ - V(+) Vo alt) g Senkrechter Wurf nach oben s(t) = V₁ ⋅ t - 1/2gt? 9 + = F Kreisbewegung r T = f = = m.v² = } Horizontaler Wurf (√x = V₁ = konstant) Sx = Vot Sy = √2/28.1² √x = Vo Vy:-git ay = g V= O S 9 = 9,817/2 8 2015 T git qvo nach unten s(t) = V₂. .t шилан дасть шилаш V(t) = V₁ + a(t) = g Radialbeschleunigung Radial kraft, Zentripetal kraft of frequenz Balingeschwindigkeit + 181² 2 g .t Formelsammlung 3 T!! Dynamik 1. kraft Newton F = m. a = m. 2. Hook'sches Gesetz. 0 = m. a Tragheitssatz F = D.s Hubarbeit WH Arbeits- und Energieformen. potentielle Energie li -> ні. д. Spaunarbeit • Wsp = Leistung 8V At Beschleunigungsarbeit -> W₁ = // mv² = Evin E P=W = =/ 3. Ушриві p² = m² v²³ D. Feder konstante / Federh 1 F Epot = 1Ds² = Esp Impulser haltung ³₁ + P₂ + P³ +.... Pvor denstoß Elastischer Stoß Inelastischer Stoß: Spannenergie (Feder) kinetische Energie : Größe Symbol Arbeit W E P = Presant Prach dem Stoß Energie Leistung 1: Feder konstante ! F konstant. M₁ V₁ + 1₂ V₂ = a v₁²+ m V₁ + m₂ .v₂ 1 · V₁ + m₂· V₂ = (m₁+ m₂). V² Einheit 17 Joule) 1J AW=1& (watt) wagen beeiben чијашшен