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Aufgabenstellung:

Blaues Licht der Wellenlänge falle auf eine Photozelle, deren lichtelektrische Schicht eine Quantenausbeute von vorweist   Anzahl rausgelöster Elektronen pro Zeiteinheit, : Anzahl eintreffender Photonen pro Zeiteinheit).

  1. Wie groß ist die Strahlungsleistung des auf die Photozelle fallenden blauen Lichts, wenn ein maximaler Photoelektronenstrom von fließt?
  2. Welche Austrittsarbeit hat das Material der lichtelektrischen Schicht, wenn durch ein Gegenfeld der Spannung der Strom vollständig unterdrückt werden kann?
  3. Berechnen sie die Geschwindigkeit der Photoelektronen wenn keine Gegenspannung angelegt ist.
  4. Ab welcher Wellenlänge tritt kein Strom auf, wenn sie annehmen, dass die lichtelektrische Schicht aus Cäsium besteht, dessen Austrittsarbeit beträgt?

Lösungsweg:

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a) Strahlungsleistung

Maximaler Photostrom bedeutet, dass alle freigeschlagenen Elektronen die Kathode erreichen. Wir benutzen folgende Formeln:

Es gilt somit für die Strahlungsleistung :

b) Austrittsarbeit

Hier können selbst die energiereichen Elektronen die Kathode nicht erreichen. Der Ansatz geht über die Gleichsetzung der Energien:

Umstellen ergibt

c) Geschwindigkeit der Photoelektronen ohne Gegenspannung

Da die Ruheenergie der Atomkerne deutlich höher ist als die Ruheenergie von Elektronen können wir klassisch rechnen.

auflösen nach der Geschwindigkeit liefert

d) Minimale Wellenlänge ohne Effekt

Hier muss die Photonenenergie kleiner als die Austrittsarbeit sein:

daraus folgt für die Wellenlänge:

Lösung: