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
•hmin=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

Folien zur Vorlesung (Powerpoint 1.050 kb)