Schlechte messergebnisse beim photoeffekt

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,

ich bearbeite in meiner Facharbeit den Photoeffekt. Ich habe jetzt ein Experiement durchgeführt, in dem ich licht aus einer quecksilberdampfdrucklampe auf eine photozelle(cäsium als katode) gestrahlt habe. dazwischen habe ich verschiedene filter gesteckt und die spannung gemessen.
Jetzt zu meiner frage:
die messergebnisse die ich bekommen habe sind ziemlich schlecht. Mein lehrer meinte, dass das ganz normal ist, dass die ergebnisse schlecht sind. Jetzt muss ich erklären warum die so schlecht sind, mir fällt da aber kein grund ein.
Könnt ihr mir da helfen?

Danke

#2

Hallo,

die messergebnisse die ich bekommen habe sind ziemlich
schlecht. Mein lehrer meinte, dass das ganz normal ist, dass
die ergebnisse schlecht sind. Jetzt muss ich erklären warum
die so schlecht sind, mir fällt da aber kein grund ein.

was heißt denn „schlecht“? Starke Schwankungen, wenig reproduzierbar?
Die Messung ist nicht so einfach, das stimmt schon. Zumindest mit schulischen Mitteln. Der Strom, der fließt, ist sehr gering, Mikro- oder Nanoampere. Da reichen geringste Störungen, um den Messwert zu verfälschen. Auch Fremdlicht ist oft ein Problem.
Und trotzdem, wenn man die Messung mit verschiedenen Filtern macht und alle Ergebnisse in ein Diagramm einträgt, kann man meist mit gutem Gewissen eine Gerade durch die Messpunkte legen. Und deren Anstieg gibt meist ziemlich genau die Plancksche Konstante, zumindest deren Größenordnung. Und mehr kann man von diesem Experiment nicht erwarten.

Gruß
Olaf

#3

danke schonmal für deine antwort olav.

schlecht in dem sinne, dass die werte sehr stark von den berechneten werten abweichen.

Fremdlich kann ich eigentlich ausschließen, da das messgerät nichts angezeigt hat, als ich die hg-lampe eingeschalten habe.

Die photozelle ist schon etwas älter und wurde schon oft benuttz. kann das auch ein grund für die schlechten werte sein?

#4

Hallo

Es muss auch berücksichtigt werden, dass die Hg-Lampe kein kontinuierliches Spektrum abstrahlt. Es gibt sehr starke Linien an einzelnen Stellen und dazwischen kommt wesentlich weniger Strahlung. Diese Messung würde sicher mit Sonnenlicht oder Glühlampenlicht „besser“.

Gruß
Hevo

#5

Hallo,

schlecht in dem sinne, dass die werte sehr stark von den
berechneten werten abweichen.

welche Werte denn nun eigentlich? Was misst Du überhaupt?

Fremdlich kann ich eigentlich ausschließen, da das messgerät
nichts angezeigt hat, als ich die hg-lampe eingeschalten habe.

Jetzt verstehe ich gar nichts mehr. Am besten Du beschreibst mal den Versuchsaufbau konkreter, und vor allem, mit was für Geräten Du welche Größen misst.

Gruß
Olaf

#6

oh da hab ich n wort vergessen. ich meinte, dass das messgerät nichts angezeigt hat, als nie lampe nicht an war. also als nur das normale licht im raum an war.

also ich hab licht von einer hg-lampe auf eine photizelle gestrahlt. zwischen der lampe und der zelle hab ich dann verschiedene filter befestigt. dann hab ich ein messgerät zwischen die anode und kathode von der photozelle geschlossen und die entstehende spannung abgemessen.
Die werte weichen aber stark von den werten ab, die sie eigentlich erreichen sollten.
http://s1.directupload.net/file/d/2448/arkgvb42_jpg.htm
das ist ein bild von dem versuchsaufbau.

und kurz noch eine andere frage: kann mir wer sagen was das für ein gerät ist, was noch zwischen der photozelle und messgerät angeschlossen ist?
danke

#7

Hallo Fragewurm,

Die werte weichen aber stark von den werten ab, die sie
eigentlich erreichen sollten.

Nun, deine Fotozelle ist real und nicht theoretisch.

  1. Es gibt Leckströme, ein Teil der erzeugten freien Ladungsträger rekombinieren wieder innerhalb der Zelle und stehen nicht als Messstrom zur Verfügung.
  2. Fotozellen altern, der Wirkungsgrad sinkt mit dem Alter. UV-Licht hat recht viel Energie. Die eingefangenen Photonen schlagen nicht nur Elektronen aus den Atomen frei, sondern verschieben auch ganze Atome im Gitter, was dann zu Gitterfehlstellen führt.

http://s1.directupload.net/file/d/2448/arkgvb42_jpg.htm
das ist ein bild von dem versuchsaufbau.

und kurz noch eine andere frage: kann mir wer sagen was das
für ein gerät ist, was noch zwischen der photozelle und
messgerät angeschlossen ist?

Das ist ein Kondensator.
Damit wird das Signal der Fotozelle gefiltert.
Das Vorschaltgerät der Hg-Lampe versorgt diese mit Wechselspannung. Dadurch liefert die Hg-Lampe kein konstantes Licht, sondern mit 100Hz flackerndes. Somit hat auch das Ausgangssignal der Fotozelle diese 100Hz überlagert.

MfG Peter(TOO)

#8

Hallo,

da hatte ich an einen anderen Versuchsaufbau gedacht. Du willst also gar nicht die Plancksche Konstante und die Austrittsarbeit bestimmen.
Du misst einfach die Spannung an der Zelle. Was willst Du denn damit herausbekommen? Bzw. woher weisst Du, wie groß die Spannung theoretisch sein müsste? Und was für Filter sind das, die Du verwendest?

Olaf

#9

also herrausfinden will ich eigentlich nur, dass durch die bestrahlung eine spannung besteht. Die genauen daten habe ich aus einem applet von walter fendt, mit dem man den versuch durchführen kann.
ich hab 3 verschiedene filter benutzt:
ein violetter(436 nm), ein grüner(564 nm) und ein gelber(578 nm) Filter

#10

Also langsam verstehe ich es doch…
Der Versuch, der bei Walter Fendt beschrieben ist, ist der, an den ich zuerst dachte. Man legt eine variable Spannung an die Fotozelle und verändert die Spannung solange, bis kein Strom mehr fließt.
Aber das hast Du doch gar nicht aufgebaut! Du hast einfach ein Voltmeter parallel zur Fotozelle geschaltet. Und Du misst - völlig richtig - eine Spannung, sobald das Licht an ist. Aber wie groß die Spannung ist, kann man gar nicht vorhersagen. Das hat mit dem Versuch bei Walter Fendt nicht viel zu tun!

Olaf

#11

Ist die spannung die ich durch meine Versuch bekomme nicht gleich der Gegenspannung zu dem zeitpunkt, als keine Elektronen mehr an der Anode ankommen?

#12

Ist die spannung die ich durch meine Versuch bekomme nicht
gleich der Gegenspannung zu dem zeitpunkt, als keine
Elektronen mehr an der Anode ankommen?

Nein. Es gibt doch bei Dir gar keine Gegenspannung. Wenn die Lichtenergie genügend hoch ist, treten Elektronen aus der Kathode aus, und ein paar davon erreichen auch die Anode. Und fließen dann über Dein Messgerät zurück zur Kathode.
Das einzige, was Du mit diesem Aufbau evt. rausbekommen könntest, ist die Austrittsarbeit des Metalls. Wenn Du bei einem bestimmten Filter keine Spannung mehr messen kannst, dann ist die Photonenenergie geringer als die Austrittsarbeit.

#13

alles klar vielen dank.

Eine frage hätte ich noch:

Ich habe den selben versuch nocheinmal durchgeführt, jedoch habe ich jetzt einen kondensator mit c= 40 nF genommen.
Im diagramm kommt da eine kurve raus, deren steigung mit zunehmender zeit weniger wird. kann mir das einer erklären?

#14

Hallo Fragewurm,

Im diagramm kommt da eine kurve raus, deren steigung mit
zunehmender zeit weniger wird. kann mir das einer erklären?

Zeig mal die Kurve, aber mit Werten. Auch die mit dem 1µF (?) Kondensator.
Möglicherweise hast du auch falsch gemessen?

MfG Peter(TOO)

#15

http://s10.directupload.net/file/d/2449/vugqp6y6_jpg…
das sind die werte und das diagramm.

mit dem 1µF kondensator sind die werte nicht weiter gestiegen.
Lichtfarbe gelb grün blau
Wellenlänge λ in nm 578 546 436
Spannung U in V 0,02 0,03 0,17

#16

Hallo Fragewurm,

http://s10.directupload.net/file/d/2449/vugqp6y6_jpg…
das sind die werte und das diagramm.

Das ist die normale Ladekurve (e-Funktion) eines Kondensators.

mit dem 1µF kondensator sind die werte nicht weiter
gestiegen.

  1. Mit dem 1µF Kondensator ist die Zeitkonstante 25x grösser als mit dem 40nF. Die Kurve müsste sich also über ca. 4h erstrecken.

  2. Es ist nicht bekannt welcher Bauart dein 1µF ist. Der 40nF wird Keramik oder eine Kunststofffolie als Dilektrikum haben, 1µF Könnte Folie, Keramik oder ein Elektrolyt haben. Wobei bei Elektrolyt noch Trocken- (z.B. Tantalelko) oder Nasselektrolyt möglich ist. Besonders Nasselktrolyt hat relativ hohe Leckströme, welche dein Messresultat weiter verfälschen.

Willkommen in der Welt der realen Physik.

MfG Peter(TOO)