Der glühelektrische Effekt
Versuchsaufbau:
Hier fehlt noch ein Foto!
In einer evakuierten, d.h. fast völlig luftleeren Röhre ist die eine Elektrode als beheizbarer gewendelter Glühdraht und die andere als gegenüberliegende Platte ausgebildet. An dem Glühdraht ist eine Spannungsquelle für Wechselspannung angeschlossen und an die beiden Elektroden ist eine weitere Spannungsquelle für Gleichspannung angeschlossen.
Versuchsdurchführung:
a) An den ungeheizten kalten Glühdraht und die gegenüberliegende Elektrode wird eine Gleichspannung angelegt und die Stromstärke gemessen. Anschließend wird die Polung vertauscht und erneut gemessen. Der Glühdraht wird also einmal als Kathode und einmal als Anode geschaltet.
b) Zusätzlich läßt man einen Heizstrom durch die Wendel fließen und bringt sie so zum Glühen.
Versuchsbeobachtungen:
a) Zwischen den beiden Elektroden fließt kein messbarer Strom, auch nicht nach dem Umpolen der elektrischen Spannungsquelle.
b) Wird die Glühdraht als Kathode geschaltet, d.h. an den Minuspol der elektrischen Quelle angeschlossen, so zeigt sich ein Strom im Stromkreis, dessen Stärke von der angelegten Gleichspannung und der Temperatur der Wendel abhängig ist. Bei umgekehrter Polung, d.h. bei Anschluss des Pluspols an den Glühdraht, fließt allerdings kein Strom.
Versuchserklärung:
Der (fast) luftleere Raum zwischen den Elektroden enthält keine Ladungsträger. Erst wenn der Glühdraht beheizt wird, sind in der Röhre negative Ladungsträger vorhanden, die im elektrischen Feld zwischen den Elektroden zur Anode beschleunigt werden. Diese negativen Ladungsträger sind Elektronen. Die im Metall frei beweglichen Elektronen können den Glühdraht verlassen, weil sie durch die hohe Temperatur des Drahtes eine große kinetische Energie besitzen. Allerdings fallen sie immer gleich wieder zurück in den Draht. Im zeitlichen Mittel sind aber immer viele Elektronen außerhalb des Leiters und bilden eine negative Ladungswolke. Durch das Anlegen der Gleichspannung entsteht ein elektrisches Feld, in dem die Elektronen zur Anode beschleunigt werden. Sie können dann als Strom zum positiven Pol der Spannungsquelle nachgewiesen werden. Bei einer Umpolung fließt kein Strom, da dann die Elektronen nur zum glühenden Draht zurückfallen. Aus der kalten gegenüberliegenden Elektrode kommen keine Elektronen heraus.
Versuchsergebnis:
a) Aus kalten Metalloberflächen treten (bei kleinen Feldstärken) keine Elektronen aus.
b) Aus dem glühenden Metalloberflächen treten Elektronen aus. Diese Erscheinung wird als glühelektrischer Effekt bezeichnet.
Mit Hilfe des glühelektrischen Effekts lassen sich sehr einfach Elektronen erzeugen und anschließend untersuchen.
Teamarbeit Zehra Sari und Herr Ecker