3: Kann man Atome sehen???? 3.2 Licht von (einzelnen) Atomen (Falle) 3.3 Spuren von Atomen...
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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 Massenbestimmung5. Kernstruktur des Atoms
6. Das Photon Welle und Teilchen
Huygens: (19. Jahrh.)Licht ist eine Welle
Newton: (18. Jahrh.)Licht sind kleine Teilchen
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Newton: Teilchen
Reflektion: Einfallswinkel=Ausfallwinkel
ABER: Wellen werden auch reflektiert! (Stehende Welle)
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Newton: Teilchen
Newton: Brechungdurch Kraft an der Oberfläche
ABER: Wellen können unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeithaben
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Huygens: Welle
Huygensches Prinzip:Jede Welle zerlegbar in Überlagerung von Kugelwellen
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Huygens: Welle
Interferenz und Beugungz.B. Thomas YoungDoppelspalt (1801)
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z.B. Interferenz an dünnen Schichten:
Huygens: Welle
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1885 Maxwell Gleichungen
1887 Heinrich Hertz: Elektromagnetische Wellen kann man durch Ladungsbewegung aussenden durch Antenne Auffangen
FunkenentladungSender
Empfänger Antenne
InduzierteEntladung
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1885 Maxwell Gleichungen
1887 Heinrich Hertz: Elektromagnetische Wellen kann man durch Ladungsbewegung aussenden durch Antenne Auffangen
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Maxwell & Hertz
Sieg des Wellenbildes?
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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 Massenbestimmung5. Kernstruktur des Atoms
6. Das Photon Welle und Teilchen6.1. Der photoelektrische Effekt
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1888 Hallwachs (Schüler von H. Hertz):
Magnesium(UV-lightneeded)
Zinc
Electrometer
positive charge:
++++
positive Ladung:kein Effekt
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1888 Hallwachs (Schüler von H. Hertz):
Magnesium(UV-lightneeded)
Zinc
Electrometer
negative:schnelle Entladung
positive Ladung:kein Effekt
-----
negative charge:
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1899 J.J. Thomson1900 Elster & Gütel
e-
e-e-e-A
-
+
e-
e-
e-
Electron energy should depend
on light intensity!
classical electrodynamics:oscillating optical light field
accelerates electrons E(t) = A sin(2 t)
A Intensity
Beobachtung:
Strom steigt mit
Lichtintensität!
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1899 J.J. Thomson1900 Elster & Gütel
Ae-
e-e-e-
-
+
1900ff Lenard
goal: measurekinetic energy
1/2 mv2
1/2mv 2 > Uqe pot
entia
l
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1899 J.J. Thomson1900 Elster & Gütel1900 Lenard
e-
e-e-e-
-
A
low intensity
high intensity
0- +
I
Potential
max. electron energy independent
of intensity
monochromatic light
max. electron energy depend on
frequency!
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usefull unit: 1 eV (“Electron Volt”) = 1.60219 10-19 J (WS)
energy of an electron on a potential of 1 Volt
1899 J.J. Thomson1900 Elster & Gütel1900 Lenard
e-
e-e-e-
-
A
monochromatic light
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Einstein (1905), Annalen der Physik 17, 132:
light comes in energy packets (photons)
Ephoton= h
kphoton= h / cNumber of photons Intensity
e-
e-
e-
h
Electron energy depends
on light intensityfrequency
Emax= h- eUwork
Number of electrons
Intensity
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Emax= h- eUwork
Millikan (Phys Rev. 7,355 (1916))
h = eUwork(depends on material)
h=6.56 10-34J secwithin < 1% !! (6.626210-34J sec)
e-
-
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Experiment:
electron energy:
•increases with frequency
•independent of intensity
•no time delay
•Nelectrons Intensity
•minimum frequency
Maxwell:
•independent of frequency
•E I
•time delay for very dim light
•No
•No
Einstein:
•Emax= h- eUwork
•Yes!
•no time delay
•Yes!
•hmin=eUwork
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Photoelectric effect: energy and momentum conservation
h
e-
e-
e-
e-
h
electron energy
Emax= h- eUwork
electron energy
Ee= h- Ebinding
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Photoelectric effect: energy and momentum conservation
example:h=99eV
Ee= h- Ebinding=75eVke=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)
h
e-
Photon cannot couple to afree electron, second particle needed!
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Photoelectric effect: energy and momentum conservation
h
e-electron
ion
momentum 0
0
mom
entu
m
99 eV, linear polarized + He -> He1+ + e-
Photon cannot couple to afree electron, second particle needed!
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Photoelectric effect: energy and momentum conservation
h
e-electron
ion
momentum 0
0
mom
entu
m
99 eV, linear polarized + He -> He1+ + e-
Photon cannot couple to afree electron, second particle needed!
e-
How does ONE Photon couple to
TWO electrons?How do the electrons
talk to eachother?(electron-correlation)
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Where do the momenta come from??
photon: No!
acceleration: No!
h
e-
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Direction of photoelectrons:
e-
e-
e-
h
changes directions,looses energy
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compare: Hertzian Oscillatorelectrons
intensityof radiation
Direction of photoelectrons:
h
e-
number ofelectrons sin2()
85 eV, linear polarized + He -> He1+(1s) + e-
Not always true!
HOT TOPIC TODAY!
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Einstein:
forbidden
0Ene
rgy
e-
minimum frequency:h = Ebinding
Ebind
Laser:but ...: super high intensities
example: h = 1.5 eV << Ebind = 24 eV
h
e-
not linear with intensity!
I7