Lichtquanten

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?

Ein Photon, das von einem Atom ausgesandt wird, überträgt einen Rückstoßimpuls

1. Wie groß ist die kinetische Energie die dabei auf das Atom übertragen wird?

2. Berechnen sie nun explizit die Rückstoßenergie
   1. bei Aussendung der Quecksilberspektrallinie )

   2. bei Aussendung eines -Quanten der Energie durch Nickel

3. Vergleichen sie diese Werte mit der Energieunschärfe aufgrund der begrenzten Lebensdauer der Übergänge

1. In einem Versuch werden Hüllenelektronen mit Röntgenstrahlung beschossen. Ab welcher Wellenlänge der Photonen kann man die Elektronen als frei betrachten?
   Mit dem folgenden Versuchsaufbau werden Messungen durchgeführt. Hierbei werden zunächst in einer Röntgenröhre -Quanten erzeugt. Durch Blenden und einen Filter gelangen nur Quanten mit einer speziellen Richtung und Frequenz im Streukörper an. Nachdem die Quanten gestreut wurden, wird mit Hilfe von Bragg-Reflexion ihre neue Frequenz bestimmt.

   

2. Bei einer Messung mit einem Winkel von tritt Strahlung auf, deren Wellenlänge sich durch den Streuprozess verdoppelt hat. Berechnen sie die Frequenz der einfallenden Strahlung.

3. Berechnen sie nun die Geschwindigkeit des gestreuten Elektrons. Ist eine relativistische Rechnung notwendig ?

Ein monochromatischer Lichtstrahl trifft auf eine Kalium-Kathode (Austrittsarbeit

1. Wie groß darf die Wellenlänge höchstens sein, damit der Photoeffekt auftritt?
2. Wieso lässt sich durch diesen Effekt auf den Teilchencharakter des Lichtes schließen?
   
   Im Folgenden wird Licht der Wellenlänge verwendet. Hinter der Kathode wird ein Magnetfeld der Stärke mT aufgebaut, dessen Feldlinien senkrecht zur Ausbreitungsrichtung stehen. Man beobachtet kreisförmige Trajektorien der ausgelösten Elektronen.
   
   
3. Welchen Radius kann die Kreisbahn maximal haben?
4. Wieso gibt es Kreisbahnen mit kleinerem Radius?

Bei einem Streuexperiment tritt Compton-Streuung auf. Unter dem Streuwinkel zeigt sich die gestreute Strahlung mit einer doppelt so großen Wellenlänge im Vergleich zur einfallenden Strahlung.

1. Bestimmen Sie die Frequenz der einfallenden Strahlung.
2. Berechnen Sie die Geschwindigkeit des gestoßenen Elektrons.
3. Berechnen Sie den Winkel , den die Flugrichtung des gestoßenen Elektrons mit der Richtung der Primärstrahlung einschließt.

Wie groß ist die Energie von Lichtquanten mit einer Wellenlänge von , und ?

Eine Glühkathode aus Wolfram erzeugt bei einen Strom von

(Austrittsarbeit 4,5 ; nichtrelativistische Rechnung).

1. Wie groß sind Energie und Geschwindigkeit der Elektronen?
2. Wie viele Elektronen pro Sekunde treten aus?
3. Welche Wellenlänge müsste eine Strahlung haben, um Elektronen gleicher Energie durch Fotoemission zu erzeugen?
4. Ab welcher Grenzwellenlänge treten Fotoelektronen aus einer Fotokathode? .

Ein Helium-Neon-Laser hat eine Leistung von .

1. Welche Frequenz und Energie besitzen die Photonen (in und )?
2. Wie viele Photonen werden pro Sekunde abgestrahlt?
   Wie viele Photonen erkennt das menschliche Auge gerade noch?
3. Welchen Impuls hat ein Photon? Wie unterscheidet sich die Impulsübertragung bei vollständiger Absorption und bei Reflexion an einer spiegelnden Fläche?
4. Welche Kraft wirkt auf ein Ziel im fokussierten Strahl des Lasers?
5. Wie viele Lichtquanten beschleunigen ein Staubkorn (10 mg) auf ?
6. Welche Anwendungen des Strahlungsdrucks ergeben sich in der Mikroskopie?