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3: Kann man Atome sehen???? 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle) 3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer) 3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop) 4. Isotopie und Massenbestimmung 5. Kernstruktur des Atoms 6. Das Photon Welle und Teilchen Newton: (18. Jahrh.) Licht sind kleine Teilchen Huygens: (19. Jahrh.) Licht ist eine Welle Newton: Teilchen Reflektion: Einfallswinkel=Ausfallwinkel ABER: Wellen werden auch reflektiert! (Stehende Welle) Newton: Teilchen ABER: Wellen können unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit haben Newton: Brechung durch Kraft an der Oberfläche Huygens: Welle Huygensches Prinzip: Jede Welle zerlegbar in Überlagerung von Kugelwellen Huygens: Welle Interferenz und Beugung z.B. Thomas Young Doppelspalt (1801) Huygens: Welle z.B. Interferenz an dünnen Schichten: 1885 Maxwell Gleichungen 1887 Heinrich Hertz: Elektromagnetische Wellen kann man durch Ladungsbewegung aussenden durch Antenne Auffangen Funkenentladung Sender Induzierte Entladung Empfänger Antenne 1885 Maxwell Gleichungen 1887 Heinrich Hertz: Elektromagnetische Wellen kann man durch Ladungsbewegung aussenden durch Antenne Auffangen Maxwell & Hertz Sieg des Wellenbildes? 3: Kann man Atome sehen???? 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle) 3.3 Spuren von Atomen (Nebelkammer) 3.4 Abtasten (Rastertunnelmikroskop) 4. Isotopie und Massenbestimmung 5. Kernstruktur des Atoms 6. Das Photon Welle und Teilchen 6.1. Der photoelektrische Effekt 1888 Hallwachs (Schüler von H. Hertz): positive charge: Zinc + + + + Magnesium (UV-light needed) Electrometer positive Ladung: kein Effekt 1888 Hallwachs (Schüler von H. Hertz): negative charge: Zinc --Magnesium (UV-light needed) Electrometer negative: schnelle Entladung positive Ladung: kein Effekt 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel A ee- ee- + classical electrodynamics: oscillating optical light field accelerates electrons E(t) = A sin(2 t) A Intensity Electron energy should depend on light intensity! Beobachtung: Strom steigt mit ee- Lichtintensität! e- 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel e- 1900ff Lenard ee- e- A + 1/2mv 2 > Uqe goal: measure kinetic energy 1/2 mv2 potential - monochromatic light 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel 1900 Lenard ee- ee- A - max. electron energy independent of intensity I high intensity low intensity max. electron energy depend on frequency! - 0 + Potential monochromatic light 1899 J.J. Thomson 1900 Elster & Gütel 1900 Lenard ee- ee- A - usefull unit: 1 eV (“Electron Volt”) = 1.60219 10-19 J (WS) energy of an electron on a potential of 1 Volt Einstein (1905), Annalen der Physik 17, 132: light comes in energy packets (photons) Ephoton= h kphoton= h / c Number of photons Intensity Electron energy depends on light intensity frequency h Number of electrons Intensity Emax= h- eUwork eee- Millikan (Phys Rev. 7,355 (1916)) h = eUwork (depends on material) h=6.56 10-34J sec within < 1% !! (6.626210-34J sec) Emax= h- eUwork e- Experiment: Maxwell: Einstein: •increases with frequency •independent of frequency •Emax= h- eUwork •independent of intensity •E I •Yes! •no time delay •time delay for very dim light •no time delay •Nelectrons Intensity •No •Yes! •minimum frequency •No •hmin=eUwork electron energy: Photoelectric effect: energy and momentum conservation e- eh e- h e- Emax= h- eUwork electron energy Ee= h- Ebinding electron energy Photoelectric effect: energy and momentum conservation example: h=99eV Ee= h- Ebinding=75eV ke=5 10-24kg m/sec kphoton= h / c = 5.3 10-26kg m/sec nonrelativistic: photon momentum small ion or solid compensates electron momentum! (Eion=Ee*me/mion) e- h Photon cannot couple to a free electron, second particle needed! momentum Photoelectric effect: energy and momentum conservation e- electron 0 ion 0 momentum 99 eV, linear polarized + He -> He1+ + e- h Photon cannot couple to a free electron, second particle needed! momentum Photoelectric effect: energy and momentum conservation e- electron e- 0 ion 0 momentum 99 eV, linear polarized + He -> He1+ + e- h Photon cannot couple to a How does ONE Photon free electron, coupleneeded! to second particle TWO electrons? How do the electrons talk to eachother? (electron-correlation) eh Where do the momenta come from?? photon: No! acceleration: No! Direction of photoelectrons: h eee- changes directions, looses energy Direction of photoelectrons: 85 eV, linear polarized + He -> He1+(1s) + e- number of electrons sin2() e- h intensity of radiation compare: Hertzian Oscillator electrons Energy Einstein: minimum frequency: h = Ebinding 0 Ebind forbidden e- but ...: super high intensities Laser: example: h = 1.5 eV << Ebind = 24 eV eh not linear with intensity! I7