1. Übung zur Vorlesung Physikalische Chemie II - pci.uni

Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie
Prof. Dr. R. Imbihl, Dr. D. Bremm
WS 2013/14
1. Übung zur Vorlesung Physikalische Chemie II
Für die Woche vom 21.10.2013 bis 25.10.2013
Aufgabe 1: Millikan-Versuch
Der experimentelle Aufbau eines Millikan-Öltröpfchenversuches sei durch die folgenden Gröÿen charakterisiert:
Abstand der Kondensatorplatten
Spannung zwischen den Kondensatorplatten
Viskosität der Luft
Länge der Messstrecke
Dichte des Öls
d = 2, 5 mm
U = 150 V
η = 1, 7 · 10−5 N · s · m−2
l = 1, 47 mm
ρ = 0, 887 g · cm−3
Im Experiment wird für ein Tröpfchen bei aufsteigender Bewegung (entgegen der
Erdanziehung) eine Laufzeit von 9,02 s und für die absteigende Bewegung (in Richtung der Erdanziehung) eine Laufzeit von 5,96 s beobachtet. Bestimmen Sie aus
diesen Daten die Ladung und den Radius des Tröpfchens.
Aufgabe 2: Massenbestimmung von Elementarteilchen
Ein einfach geladenes Teilchen mit der kinetischen Energie 0,12 MeV wird durch ein
~ = 10−2 T auf eine Kreistransversales, homogenes Magnetfeld der Feldstärke |B|
bahn vom Radius r = 1, 678 m abgelenkt.
a) Berechnen Sie die Masse des Teilchens.
b) Wie lässt sich mit dem gegebenen Versuchsaufbau das Vorzeichen der Teilchenladung bestimmen?
Aufgabe 3: Plancksches Strahlungsgesetz
Das Plancksche Strahlungsgesetz für das spektrale Emissionsvermögen eines schwarzen Körpers in Abhängigkeit von der
der Strahlung λ und der Temperatur des Körpers T lautet:
Wellenlänge
E(λ, T ) dλ =
1
hc2
·
dλ
hc
λ5 e λkT − 1
Aus diesem Ausdruck lässt sich Wiensche Verschiebungsgesetz herleiten, welches
eine Beziehung zwischen dem Emissionsmaximum eines schwarzen Strahlers und
seiner Temperatur liefert:
λmax · T = const. mit const. =
hc
4, 965 · k
a) Zeigen Sie, dass man aus dem Extremwertproblem für E(λ, T ) folgendes Zwischenergebnis erhält:
x
hc
+ e−x = 1 mit x =
5
λmax kT
Diese Gleichung lässt sich analytisch nicht lösen. Überzeugen Sie sich, dass sie
mit der oben angegebenen Konstante erfüllt ist.
b) Sirius, der hellste Stern am Nachthimmel, hat ein Emissionsmaximum bei
λmax = 260 nm. Bestimmen Sie die Oberächentemperatur dieses Sternes unter der Annahme, dass es sich um einen schwarzen Strahler handelt.
Aufgabe 4: Photoelektrischer Eekt
Bei einer Lithium-Photozelle werden die Mindest-Gegenspannungen zur Unterbrechung des Elektronenusses bei unterschiedlichen Wellenlängen des eingestrahlten
Lichtes gemessen. Bei einer Wellenlänge von 300 nm beträgt diese Spannung 1,83 V,
bei 400 nm nur 0,8 V.
a) Berechnen Sie aus diesen Angaben das Plancksche Wirkungsquantum.
b) Berechnen Sie die Austrittsarbeit Φ und die Grenzfrequenz νG für Lithium.
Übungen im Netz unter: http://www.pci.uni-hannover.de/skripte.html und bei StudIP.