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Physik

27. Nov. 2025

1.091

5 Seiten

Quantenobjekte und Physik: Verstehen der grundlegenden Phänomene

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Walentina @walentina29_11

Der Hallwachs-Versuchist eines der wichtigsten Experimente der Physik, das zeigt, wie Licht Elektronen aus Metallen herauslösen kann.... Mehr anzeigen

Hallwachsversuch/experiment
Mit dem Hallwachs - Versuch werden die Eigenschaften des Lichtes untersucht, indem
iedener Lichtquellen
auf
ist.

Der Hallwachs-Versuch - Aufbau und Durchführung

Du kennst bestimmt Solarzellen - der Hallwachs-Versuch erklärt, warum sie überhaupt funktionieren! Bei diesem Experiment wird eine Zinkplatte mit verschiedenen Lichtarten bestrahlt und dabei gemessen, ob sich die elektrische Ladung verändert.

Der Versuchsaufbau ist ziemlich simpel Eine Zinkplatte wird mit einem Elektroskop verbunden, das die Ladung anzeigt. Dann bestrahlt man die Platte mit normalem weißem Licht und UV-Licht aus einer Quecksilberlampe.

Das Verrückte passiert nur bei UV-Licht Die negativ geladene Zinkplatte entlädt sich plötzlich! Bei weißem Licht passiert dagegen gar nichts. Wenn du eine Glasplatte zwischen Lampe und Zinkplatte hältst, bleibt die Ladung wieder erhalten - das Glas filtert nämlich die UV-Strahlen heraus.

Wichtig Der Fotoeffekt setzt sofort ein und hängt nur von der Wellenlänge des Lichts ab, nicht von seiner Helligkeit!

Hallwachsversuch/experiment
Mit dem Hallwachs - Versuch werden die Eigenschaften des Lichtes untersucht, indem
iedener Lichtquellen
auf
ist.

Beobachtungen und erste Erkenntnisse

Die Versuchsergebnisse sind ziemlich eindeutig UV-Licht löst Elektronen aus der Zinkplatte, normales Licht nicht. Das nennt man den Fotoeffekt - dabei werden die herausgelösten Teilchen auch Photoelektronen genannt.

Besonders spannend wird's beim zweiten Versuch Je näher du die Quecksilberlampe an die Zinkplatte bringst, desto größer wird die Stromstärke. Das bedeutet, dass mehr Elektronen herausgelöst werden - aber die einzelnen Elektronen werden nicht energiereicher!

Eine wichtige Erkenntnis Licht mit geringerer Wellenlänge wieUVLichtwie UV-Licht hat mehr Energie zum Herauslösen von Elektronen. Je größer die Wellenlänge wird, desto schwächer wird dieser Effekt.

Merke dir Nur Licht mit ausreichend hoher Frequenz kann den Fotoeffekt auslösen - die Intensität ist dabei völlig egal!

Hallwachsversuch/experiment
Mit dem Hallwachs - Versuch werden die Eigenschaften des Lichtes untersucht, indem
iedener Lichtquellen
auf
ist.

Diagrammanalyse und Grenzfrequenz

Mit den Messdaten kannst du ein Diagramm erstellen, das die kinetische Energie der Elektronen gegen die Lichtfrequenz aufträgt. Das Coole daran Du bekommst eine perfekte Gerade!

Die Nullstelle dieser Geraden zeigt dir die Grenzfrequenz - unterhalb dieser Frequenz lösen sich gar keine Elektronen mehr. Der y-Achsenabschnitt entspricht der Austrittsarbeit, also der Energie, die nötig ist, um ein Elektron aus dem Material zu befreien.

Die Steigung der Geraden ist eine Naturkonstante das Plancksche Wirkungsquantum h = 6,626 · 10⁻³⁴ Js. Mit der Grenzfrequenz kannst du auch die Grenzwellenlänge berechnen λ = c/f₀.

Praxistipp Die Formel E_kin = E_licht - E_aus hilft dir bei allen Berechnungen zum Fotoeffekt!

Hallwachsversuch/experiment
Mit dem Hallwachs - Versuch werden die Eigenschaften des Lichtes untersucht, indem
iedener Lichtquellen
auf
ist.

Die Gegenfeldmethode

Die Gegenfeldmethode ist der Schlüssel zum Verständnis des Fotoeffekts. Dabei wird eine evakuierte Photozelle mit energiereichem Licht bestrahlt, und die herausgelösten Elektronen fließen von der Kathode zur Anode.

Das Geniale Du legst eine Gegenspannung an, die die Elektronen abbremst. Bei einer bestimmten Spannung U_g kommt der Fotostrom zum Erliegen - dann ist die elektrische Energie genauso groß wie die Bewegungsenergie der Elektronen.

Die wichtigste Formel lautet E_licht = h·f. Dabei ist h das Plancksche Wirkungsquantum und f die Lichtfrequenz. Die Energie wird oft in Elektronenvolt (eV) angegeben, wobei 1 eV = 1,602 · 10⁻¹⁹ J entspricht.

Achtung Die Grenzspannung U_g verändert sich mit der Lichtfarbe, aber nicht mit der Helligkeit!

Hallwachsversuch/experiment
Mit dem Hallwachs - Versuch werden die Eigenschaften des Lichtes untersucht, indem
iedener Lichtquellen
auf
ist.

Teilchen vs. Wellen - Einsteins Lösung

Hier wird's richtig spannend Das Wellenmodell kann den Fotoeffekt nicht erklären! Nach der Wellentheorie müsste helleres Licht energiereichere Elektronen erzeugen - passiert aber nicht.

Einstein löste das Rätsel 1905 (und bekam dafür 1921 den Nobelpreis) Licht besteht aus Photonen - winzigen Lichtteilchen mit der Energie E = h·f. Ein Photon gibt seine gesamte Energie an ein Elektron ab und wird dabei vernichtet.

Das erklärt alles perfekt Helleres Licht bedeutet mehr Photonen, also mehr herausgelöste Elektronen. Die Bewegungsenergie jedes Elektrons hängt nur von der Photonenenergie ab E_Bew = h·f - E_Austritt.

Fazit Die Quantentheorie zeigt, dass Energie nicht kontinuierlich, sondern in festen Portionen übertragen wird - eine Revolution der Physik!

Wir dachten, du würdest nie fragen...

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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

Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

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

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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

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

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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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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.

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Walentina

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Mit dem Hallwachs - Versuch werden die Eigenschaften des Lichtes untersucht, indem
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Der Hallwachs-Versuch - Aufbau und Durchführung

Du kennst bestimmt Solarzellen - der Hallwachs-Versuch erklärt, warum sie überhaupt funktionieren! Bei diesem Experiment wird eine Zinkplatte mit verschiedenen Lichtarten bestrahlt und dabei gemessen, ob sich die elektrische Ladung verändert.

Der Versuchsaufbau ist ziemlich simpel: Eine Zinkplatte wird mit einem Elektroskop verbunden, das die Ladung anzeigt. Dann bestrahlt man die Platte mit normalem weißem Licht und UV-Licht aus einer Quecksilberlampe.

Das Verrückte passiert nur bei UV-Licht: Die negativ geladene Zinkplatte entlädt sich plötzlich! Bei weißem Licht passiert dagegen gar nichts. Wenn du eine Glasplatte zwischen Lampe und Zinkplatte hältst, bleibt die Ladung wieder erhalten - das Glas filtert nämlich die UV-Strahlen heraus.

Wichtig: Der Fotoeffekt setzt sofort ein und hängt nur von der Wellenlänge des Lichts ab, nicht von seiner Helligkeit!

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Beobachtungen und erste Erkenntnisse

Die Versuchsergebnisse sind ziemlich eindeutig: UV-Licht löst Elektronen aus der Zinkplatte, normales Licht nicht. Das nennt man den Fotoeffekt - dabei werden die herausgelösten Teilchen auch Photoelektronen genannt.

Besonders spannend wird's beim zweiten Versuch: Je näher du die Quecksilberlampe an die Zinkplatte bringst, desto größer wird die Stromstärke. Das bedeutet, dass mehr Elektronen herausgelöst werden - aber die einzelnen Elektronen werden nicht energiereicher!

Eine wichtige Erkenntnis: Licht mit geringerer Wellenlänge wieUVLichtwie UV-Licht hat mehr Energie zum Herauslösen von Elektronen. Je größer die Wellenlänge wird, desto schwächer wird dieser Effekt.

Merke dir: Nur Licht mit ausreichend hoher Frequenz kann den Fotoeffekt auslösen - die Intensität ist dabei völlig egal!

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Die Steigung der Geraden ist eine Naturkonstante: das Plancksche Wirkungsquantum h = 6,626 · 10⁻³⁴ Js. Mit der Grenzfrequenz kannst du auch die Grenzwellenlänge berechnen: λ = c/f₀.

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Die wichtigste Formel lautet: E_licht = h·f. Dabei ist h das Plancksche Wirkungsquantum und f die Lichtfrequenz. Die Energie wird oft in Elektronenvolt (eV) angegeben, wobei 1 eV = 1,602 · 10⁻¹⁹ J entspricht.

Achtung: Die Grenzspannung U_g verändert sich mit der Lichtfarbe, aber nicht mit der Helligkeit!

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Teilchen vs. Wellen - Einsteins Lösung

Hier wird's richtig spannend: Das Wellenmodell kann den Fotoeffekt nicht erklären! Nach der Wellentheorie müsste helleres Licht energiereichere Elektronen erzeugen - passiert aber nicht.

Einstein löste das Rätsel 1905 (und bekam dafür 1921 den Nobelpreis): Licht besteht aus Photonen - winzigen Lichtteilchen mit der Energie E = h·f. Ein Photon gibt seine gesamte Energie an ein Elektron ab und wird dabei vernichtet.

Das erklärt alles perfekt: Helleres Licht bedeutet mehr Photonen, also mehr herausgelöste Elektronen. Die Bewegungsenergie jedes Elektrons hängt nur von der Photonenenergie ab: E_Bew = h·f - E_Austritt.

Fazit: Die Quantentheorie zeigt, dass Energie nicht kontinuierlich, sondern in festen Portionen übertragen wird - eine Revolution der Physik!

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