Z.B. die Photosphäre der Sonne strahlt hauptsächlich im sichtbaren Spektrum ab, weshalb wir die Sonne mit gelber Farbe sehen. Das emittierte Spektrum ist charakteristisch für die Temperatur des Objekts. Diese Erkenntnisse sind Grundlagen der Thermographie oder Satellitenspektroskopie und ohne die von Planck gefundenen Gesetzmäßigkeiten undenkbar (siehe links).

Der Photoeffekt (Lichtelektrischer Effekt)

Bei Bestrahlung einer Metalloberfläche mit Licht der Wellenlänge l, werden aus dem Metall Elektronen der Energie E=h n -W ausgelöst. Sie bewirken einen elektrischen Stromfluß. W = eine Metallkonstante. (Erklärung durch Einstein und experimentelle Bestätigung durch Millikan (Nobelpreis 1923))

Abb. 1.16 Photoeffekt

modernes Solarmodul

Bei Solarzellen (siehe oben rechts) oder Beleuchtungssensoren der Photoapparate wird dieser Effekt ausgenutzt. Bei Solarzellen werden statt Metallen verschiedene Schichten von Halbleitern wie Silizium benutzt. Hier findet ein sogenannter innerer Photoeffekt statt. In der Tabelle Abb 1.17 sieht man den Faktor W und die Wellenlängen einiger Metalle. Aus der runden Zinkplatte beim Versuch oben links treten Elektronen aus, wenn sie mit dem Licht der Quecksilberdampflampe bestrahlt wird, diese wandern dann zur positiv geladenen Spirale. Die Austrittsarbeit, Wa, wird vom auftreffenden Licht verrichtet. Beträgt der Abstand z.B. 10 cm, mißt man einen Strom I von 58 mA. Die Stromstärke ist der Beleuchtungsstärke direkt proportional.

Abb. 1.17 Daten zum Photoeffekt Metall W in eV l in nm Li 2,46 504 Na 2,28 543 K 2,25 551 Rb 2,13 582 Cs 1,94 639 Cu 4,48 277 Pt 5,36 231 Zn 4,34 248

Kathodenstrahlen

Seit ca. 1830 experimentierten Physiker in Europa wie Faraday, Hertz oder Thomson mit Glasgefäßen, die Elektroden enthielten. Mit einer solchen Anordnung konnte man, wenn man eine Spannung anlegte eine leuchtende Strahlung erkennen. Diese wurde später Kathodenstrahlen genannt. J.J. Thompson (1856-1940) erkannte zuerst, daß die Kathodenstrahlen durch magnetische und elektrische Felder abgelenkt werden konnten. Daraus schloß er, daß die Strahlung aus geladenen Teilchen bestand und nannte diese Partikel Elektronen. Weiterhin gelang es ihm das Verhältnis Masse/Ladung der Elektronen zu bestimmen. Für seine Entdeckungen bekam er 1906 den Nobelpreis. Die Elektroden in den Glasröhren bestanden aus gut leitfähigen Metallen wie Cu, Al oder Pt. Je nach Stärke des Vakuums innen kann man eine blaue, rötliche oder schwarze bis grünliche Färbung der Strahlung erkennen. Beginnt der Gasdruck zu sinken, werden die Luftmoleküle ionisiert und verlieren Elektronen, die zur Anode gehen und unterwegs weitere Moleküle ionisieren. Die zurückbleibenden positiven Kationen gehen zur Kathode. Auf diese Weise entsteht ein Stromfluß. Die grüne Farbe entsteht dadurch, daß Elektronen über die Anode hinausschießen und auf das Glas treffen. Die Kathodenstrahlröhre wurde durch K.F. Braun zur Braunschen Röhre (Fernsehbildröhre, Computermonitor) weiterentwickelt, und als Verstärkerröhren für fast alle elektronischen Geräte bis in die 70er Jahre verwendet. Werden die Kathodenstrahlen plötzlich abgebremst, entstehen Röntgenstrahlen. 1895 entdeckte Wilhelm Röntgen beim Experimentieren mit Kathodenstrahlröhren diese nach ihm benannte Röntgen-Strahlung. Heute werden dazu Spannungen von 30 000- 150 000 V angelegt.

Abb. 1.18 J.J. Thompson Abb. 1.19 Kathodenstrahlröhre       Abb. 1.20 K.F. Braun 1987 Abb. 1.21 Fernsehröhre   Abb. 1.22 Wilhelm Röntgen (1895)   Abb. 1.23 Entwicklung der Kathodenstrahlröhren

Ohne diese Entwicklungen gäbe es heute keine Röntgendiagnostik, keine Fernsehgeräte, Radios, Verstärker, Oszilloskope usw. aber auch nicht den legendären Gitarrensound von Jimmy Hendrix, Deep Purple, Led Zeppelin usw.

Die Rockgruppen der 60er und 70er spielten alle Röhrenverstärker der Marke Marshall. Durch Übersteuerung der Röhrenverstärker kam der typische Gitarrensound zustande, der eine komplette Generation beinflußt hat. Links Deep Purple 1971 mit den typischen Marshall-Stacks, Plicht für jeden Gitarristen damals. Hier kann man Elekronen hören:

Abb. 1.24 Deep Purple mit Röhrenverstärkern Gehen Sie auf das Bild links um die Innenansicht eines Marschall-Verstärkers mit den typischen Röhren zu sehen.