Alternativer Bildtext:

wird gemessen durch die Einwirkung des Lichts werden Elektronen aus der Katode in einer Vakuumröhre herausgelöst, an der Anode aufgefangen und als Fotostrom registriert beim Auslösen aus der Katode erhalten Elektronen eine bestimmte kinetische Energie -> wird ermittelt, indem die Elektronen gegen ein elektrisches Feld anlaufen zwischen Anode und Katode wird eine Gegenspannung angelegt, durch die Elektronen gebremst werden - durch erhöhen der Gegenspannung gelangen immer weniger Elektronen zur Anode, der Fotostrom sinkt - bei einem bestimmten Wert Ug wird die Stromstärke null, dann ist die elektrische Feldstärke gerade so groß, dass die kinetische Energie der ausgelösten Elektronen nicht mehr ausreicht, um die Potenzialdifferenz zu überwinden max,kin = UG.e Energie eines Photons: Mit der Planck'schen Konstante h beträgt die Energie eines einzelnen Photons: Ephoton = h.f Experiment Impuls: vorher - Ausbreitung des Lichts-> Bewegung von Photonen - Relativitätstheorie besagt Äquivalenz von Masse und Energie -> Einsteins Gleichung E = mc² - einem bewegten Photon wird folgende Masse zugeordnet m = E= h.f = h Lichtblitz h f= Eki kin,max - wir sehen den Stern nicht in Richtung seiner tatsächlichen Position, sondern in Richtung der gestrichelten Linie Spiegel + WA werden wegen ihrer Masse im Gravitationsfeld der Sonne von ihrer geradlinigen Bahn abgelenkt -> Bahn ist gekrümmt - aus der Definitionsgleichung des Impulses p=m.v folgt mit der Photonengeschwindigkeit v = c: p=hf.c=hf=h C (Tafelwerk S. 133) nachher h = planksches Wirkungsquantum (h = 6,626.10-34 Js) f = Frequenz des eingestrahlten Licht - Photonen besitzen Masse und Impuls. unterscheiden sich von klassischen Teilchen -> existieren nur bei Lichtgeschwindigkeit -> ihre Masse/ihr Impuls haben nur bei dieser Geschwindigkeit eine Bedeutung Demokrit Modell: = Austrittsarbeit Ekin,max = max. kinetische Energie der herausgelösten Elektronen Dalton Modell: Photonen - ein ideal reflektierender Spiegel mit sehr geringer Masse wird an einem langen Faden aufgehängt - wird er von einem intensiven Lichtblitz getroffen, wird er wie ein Pendel ausgelenkt Frühe Atommodelle - Materie lässt sich nicht beliebig zerteilen. - kleinstes Teilchen „Atom" Sonne Materie besteht aus Grundbausteinen (unteilbaren Atomen) - Atome eines Elements sind untereinander gleich, Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich (Billiardkugel-Modell) Stern Erde Thomson Modell: Rutherford Modell: Spektralanalyse von Gasen: Linie Sichtbare Linien des Wasserstoffspektrums Frequenz f in 10¹4 Hz H (rot) HB (grün) H, (blau) Hg (violett) Die genaue Untersuchung des Emissionsspektrums des einfachsten chemischen Elements (Wasserstoff) ergab vier sichtbare Linien im Emissionsspekttum: Wasserstoff - jedes Atom besteht aus einer elektrisch positiv geladenen Kugel, in die elektrisch negativ geladene Elektronen eingelagert sind (Rosinenkuchenmodell) - Atome sind nach außen hin neutral -> können jedoch Elektronen abgeben/aufnehmen n₂ Erweiterung: - Atom besteht aus Atomkern und Atomhülle Atomkern ist elektrisch positiv geladen und befindet sich im Zentrum des Atoms -> dort ist fast die gesamte Masse des Kerns vereint 3 4 5 6 4,568 6,167 6,907 7,309 Ursprüngliche Formel Balmers: - in Gasen lässt sich durch anlegen einer Hochspannung ein Stromfluss erzeugen -> Versuch Quecksilberlampe f = R.C. Aufbau Quecksilberlampe:. Wellenlänge in nm Linienspektren 656 486 434 410 Quelle: Buch Kathode Sonnenspektrum Wasserstoff Natrium Gasatom لعين...فط R..c. (1-1). bzw. n₁ na R = 1,0973732.10²/ bzw. Elektronenbewegung A = 3,6456-10% m (²²) n² - 2* f = fw² ( 117 - 1²/2) Ionen I?! Argon 2 Kontinuierliches Spektrum und Spektren einiger Gase, die zum Leuchten angeregt wurden Bohr'sches Atommodell + Elektronen fR = 3,28984 10¹5 Hz Anothe Quelle: Buch Spektral- lampe Gitter -w-ש-ש-ש-----………… Im Inneren einer Spektrallampe befindet sich ein Gas unter niedrigem Druck, das durch eine Hochspannung zum Leuchten angeregt wird. Durch Beugung an einem Gitter wird das Emissionsspektrum auf einem Schirm sichtbar. Quelle: Buch An der Abfolge der Spektrallinien ist jedes Element eindeutig zu erkennen -> spektroskopischer Fingerabdruck — berücksichtigt die Erkenntnisse Rutherfords und liefert eine Erklärung für das Wasserstoff-Linienspektrum n = 1, 2, 3,... - Elektron kann im Wasserstoffatom nur bestimmte Bahnenergien besitzen: m v• r = (Energieniveau) n.h 2n Atom ist durch bestimmte, diskrete Energieniveaus gekennzeichnet - Bewegung eines Elektrons auf einer stabilen Bahn um den Kern findet ohne Strahlung statt - beim Übergang von En2 (Bahn mit höherer Energie) auf Enl (Bahn mit niedrigerer Energie) wird Licht emittiert Frequenz Photonen: Energieniveaus des Wasserstoffatoms: Herleitung Bohr'scher Radius: emittiertes Photon AE=E₂-E₁ Atomkern emittiertes Photon AE=E₂-E₁ Grenzen des Modells: 2 Emission eines Photons beim Übergang eines Elektrons von einer Bahn höherer Energie auf eine Bahn niedrigerer Energie Quelle: Buch Energieniveauschema: O -0,45 -1,5 E₁ E₂ -3,4 f=4 Eng - Eni h Energieniveau des Wasserstoffatoms: - 13,6 € in ev Lyman-Serie E₁ Elektron. = AE = h⋅f=h·fR (1²-1)=hf - hf - En2 - Enl na n₂ Zentripetalkraft Balmer-Serie = Coulombkraft = UT-004-02 m.v² = Co mv = ਫree arise m.v² = =r • (-2)² = WT. CO & ²² n'.h² 47² m² = 1²-10-²² 1-14172m².1²) +²²=² n²:4². Eo £r = ²³.1.m³r. [:(2².11.m). n².h².Eo. Er n²h²= Col·²··min 1. (20.Er). En |-· fR == n₁ 3. Bohrsches Postulat = h.fR n* m.v.r = me.e" 8.h¹.E.¹ |||| Pascheri-Serie • 2/7 1:(m.r) n.h V = 211.m.r n₁ - Modell eignet sich gut für Wasserstoff. - nach der klassischen Elektrodynamik senden beschleunigte Elektronen Strahlen aus - der Begriff „Bahn“ eines Elektrons im Atom wird in der weiteren Entwicklung der Quantenmechanik infrage gestellt me.e ·8·hn² = 3,28984 10¹5 Hz Wasserstoffatom (n = 1): n².h². Eo. Er r = c². R.m VE das Wasserstoffatom hat die Energie null, wenn sein Elektron. gerade nicht mehr gebunden ist und in unendlicher Entfernung ruht +10,2 el =-13,6 eV. 1:4². E.. Er e.πi.me =S,29.10^^m En = Bohr'scher Radius: h.fr n Abstand zwischen Kern und Elektron auf dem 1. Niveau n = = Energieniveaus +13,GeV no ∞ n=3 ·n=2 angeregte Zustande n=1 (Grundzustand). Serienname nl Lymann-Serie n = 1 Balmer-Serie n = 2 Paschen-Serie n = 3 Brackett-Serie n = 4 Pfund-Serie n = 5 Sichtbare Linien Balmer-Serie: Ionisierungsenergie:. Resonanzabsorption: Lumineszenz: Resonanzfrequenz: E₂ E₁ ΔΕ h-f Absorption n² n = 2, 3, 4,... n = 3, 4, 5,... n = 4, 5, 6,... n = 5, 6, 7,... n = 6, 7, 8,... Spontane Emission h-f 4 Linien im sichtbaren Bereich, die restlichen im UV-Bereich ganz im Infrarot-Bereich ganz im Infrarot-Bereich ganz im Infrarot-Bereich Name E = E-E1 = − h·fR lim n+00 angeregter Zustand 2 Resonanzfluoreszenz: Ein Photon wird absorbiert und seine Energie wird kurzzeitig im Atom gespeichert. Anschließend wird ein Photon gleicher Frequenz emittiert. Ha HB Hy H& Grundzustand Ephoton h f= E2-E1 = n₁ n₁ = 2 nı = 2 nı = 2 n₁ = 2 Quelle: Buch Wasserstoff E E₂ E₁ Spektraler Bereich ganz im UV-Bereich E - Zufuhr von Energie an ein Atom, bei der es nicht zur Ablösung von Elektronen kommt – Anregung mit Photonen nur möglich, wenn Photonenergie der charakteristischen Anregungsenergie E des Atoms entspricht -> Resonanzabsorption - Anregung mit Elektronen/Atomen möglich wenn die kinetische Energie des stoßenden Teilchens größer ist als AE, Überschuss verbleibt dem stoßenden Teilchen als kinetische Energie -> Frank-Hertz-Versuch n₂ n₂ = 3 n₂ = 4 n₂ = 5 n₂ = 6 n* Frequenz f in 10¹4 Hz 4,568 6,167 6,907 7,309 die kleinste Energie, die zur Abtrennung eines Elektrons aus der Elektronenhülle des im Grundzustand befindlichen Atoms erforderlich ist ·h fR (-1) = h.fr Absorption Photon Atomanregung Atom absorbiert Photon, dessen Energie genau der Energiedifferenz zwischen zwei atomaren Energieniveaus E1 und E2 entspricht Veränderung der Frequenz: Wellenlänge λ in nm 656 486 434 410 Farbe Rot Nach einer gewissen Zeit der Speicherung strahlt das angeregte Atom wieder ein Photon ab. Übergang in einen niedrigeren Energiezustand -> innere Energie Grün Photon niedriger Frequenz Blau Fluoreszenz: erfolgt sehr rasch (innerhalb 10-8 s), das menschliche Auge kann kein Nachleuchten erkennen - Phosphoreszenz: mittlere Dauer deutlich länger (kann mehrere Stunden dauern), z.B. Nachleuchten von Leuchtsternen in Kinderzimmern Emission 3 Ein strahlungsloser Übergang in ein Zwischenniveau kann bewirken, dass das abgestrahlte Photon eine geringere Energie hat als das absorbierte. Die Differenz verbleibt im Material. Quelle: Buch Violett Quelle: Buch f=4 = En2- En1 h =fR - (1-1) na fR = 3,28984.10¹5 Hz Spaltblende Objektiv Glaskolben mit hellem Na-Dampf Zunächst wird das kontinuierliche Spektrum einer Halogen- lampe auf einem Beobachtungsschirm erzeugt. Bringt man in den Strahlengang eine mit Natriumgas gefüllte Glas- röhre, so zeigt sich im gelben Bereich des Spektrums eine dunkle Linie. Eine genaue Messung ergibt, dass diese bei A-589 nm liegt. Quelle: Buch wwwwwwwwwwwwwwwwwww Nach der Anregung erfolgt zunächst ein strahlungsloser Übergang eines Elektrons in ein Zwischenniveau