Das Planck'sche Wirkungsquantum

Geschrieben von Johannes Schlaf

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Stichwörter: Quantenphysik, h-Bestimmung, LEDs, Schwellenspannung
Kategorien: Quantum mechanics

- Aufbau und Durchführung -


phyphox:h-Box	Abdunklungsbox	Stabilisierungshocker
Verschiedene LED-Einsätze	Anschlusskabel	Smartphone

Ladet euch das phyphox-Experiment PLA (Planck’sches Wirkungsquantum) mit dem untenstehenden QR-Code herunter.
- Öffnet phyphox.
- Klickt auf das Plus-Symbol.
- Wählt “Neues Experiment von einem QR-Code"aus.
- Scannt den untenstehenden QR-Code ein.
Schließt die Abdunklungsbox an die phyphox:h-Box an.
Schließt die phyphox:h-Box an die Spannungsquelle an (z.B. das Smartphone).

Öffnet das phyphox-Experiment PLA.
Wählt eure phyphox:h-Box (Nummerierung an der Seite) aus. \[\Rightarrow\] Nun verbindet sich die Box mit der App und sendet den Wert der angelegten Spannung.
Platziert euer Smartphone so auf der Abdunklungsbox, dass sich die Kamera direkt über dem Reflexionsmaterial (weiß) befindet. Nutzt ggf. den bereitsgestellten Hocker zur Stabilisierung des Smartphones.

Setzt einen LED-Einsatz in die Abdunklungsbox ein.
Stellt den Spannungsregler auf der phyphox:h-Box auf das Maximum. Stellt den Auswahlbereich der Kamera so ein, dass nirgendwo überbelichtet wird (d.h. der Auswahlbereich darf keine rot markierten Stellen enthalten).
Dreht den Spannungsregler zurück und wechselt auf den Reiter “Bestimmen der Schwellenspannung”.
Startet die Messung.
Nehmt durch langsames Drehen des Spannungsreglers eine LED-Kennlinie auf. Alternativ könnt ihr auch den Sägezahn-Modus ausprobieren, bei dem die Kennlinie automatisch von links nach rechts abgefahren wird.
Pausiert die Messung, wenn ihr eine brauchbare Kennlinie aufgenommen habt.
Platziert die grüne Ausgleichsgerade in der Kennlinie durch Anpassung der minimalen und maximalen berücksichtigten Intensität. Die Ausgleichsgerade soll durch den linearen Bereich der Kennlinie verlaufen.
Notiert euch die vom Experiment berechnete Schwellenspannung \[U_\mathsf{Schwelle}\] auf dem Auswertungsbogen. Notiert euch auch die zugehörige Unsicherheit. Gebt anschließend die Wellenlänge im Experiment ein und speichert das Wertepaar Wellenlänge-Schwellenspannung im Experiment ab. Das Wertepaar ist anschließend im Reiter “h-Bestimmung” verfügbar.
Löscht die aufgenommenen Messdaten durch Wahl des entsprechende Buttons und fangt mit der nächsten LED bei Schritt 4 an.

Berechnet aus den Schwellenspannungen die Photonenenergien (mit Unsicherheiten). Erinnerung: \[e=1.602\cdot 10^{-19}\,\mathrm{C}\]
Tragt die erhaltenen Frequenz-Energie-Wertepaare in das zugehörige Diagramm auf dem Auswertungsbogen ein (mit Unsicherheiten).
Zeichnet eine Ausgleichsgerade in das Diagramm ein und bestimmt deren Steigung. Welche physikalische Bedeutung hat die Steigung?
Zeichnet jeweils die Gerade minimaler und maximaler Steigung (im Rahmen der Unsicherheiten) in das Diagramm ein.
Berechnet die Unsicherheit auf den Messwert für das Planck’sche Wirkungsquantum.

Die Bluetooth-Verbindung bricht ab Die App phyphox schließen und das phyphox-Experiment neu starten.
Die Kennlinie zeigt eine Hysterese Dies ist häufig der Fall, wenn die Spannung zu schnell variiert wird. Messkurve durch Wahl des entsprechenden Button löschen und die Messung noch einmal neu starten.