Der Photoelektrische Effekt (Photoeffekt)

Der Photoeffekt ist die Auslösung freier Elektronen aus einer Metallplatte durch Licht. Mit ihren Untersuchungen dieses Effekts revolutionierte der Physiker Albert Einstein Anfang des 20. Jahrhunderts die Physik und begründete die Quantenmechanik. Für seine Arbeiten zum Photoeffekt erhielt er 1921 den Nobelpreis der Physik.

Grundversuch

Schon 1839 wurde der Photoeffekt erstmals beobachtet: man stellte fest, das UV-Licht in der lage ist aus einem Metall Elektronen frei zu setzen, indem man eine negativ geladene Metallplatte mit UV-Licht bestrahlte, worauf die negative Ladung rasch zurückging.

Genauere Untersuchung

Weitere Untersuchungen zeigten folgende Eigenschaften des Photoeffekts:

  1. Der Photostrom setzt sofort ein
  2. Die Maximale Energie der ausgelösten Elektronen ist unabhängig von derBestrahlungsintensität
  3. Die Maximale Energie der ausgelösten Elektronen ist nur von der Frequenz abhängig
  4. Unterhalb einer bestimmten Grenzfrequenz (vom Metall abhängig) werden keine Elektronenausgelöst

All diese Beobachtungen widersprachen dem damals gültigen Wellenmodell des Lichts; dieses geht davon aus, dass die Energie kontinuierlich im Strahlungsfeld verteilt ist, was zu folgenden Widersprüchen mit den oben genannten Beobachtungen führt:

  1. Bis der Photostrom einsetzt müsste eine gewisse Zeit vergehen, in der die zum Ablösen derElektronen nötige Energie (Ablösearbeit) gesammelt wird.
  2. Im Wellenmodell hängt die Energie der Lichtwelle von ihrer Amplitude (Strahlungsintensität)ab, je größer diese ist, desto größer müsste auch die kinetische Energie sein, die dieausgelösten Elektronen erhalten.
  3. Auch diese Beobachtung steht im Widerspruch zur Annahme, dass die Energie der Lichtwelle vonder Amplitude abhängt.
  4. Da die Energie kontinuierlich im Strahlungsfeld verteilt ist, müsste bei ausreichend langerBestrahlung bei jeder Frequenz ein Photostrom auftreten

Photonentheorie

Einstein stellte zur Lösung dieser Widersprüche das sogenannte Photonenmodell auf: Licht wird darin als Strom von Lichtquanten, den sogenannten Photonen, beschrieben. Diese Photonen Tragen eine Energie, die direkt proportional zur Frequenz des Photons ist: (h ist das Plancksche Wirkumsquantum )

Beim Auftreffen auf das Metall wird stets die gesamte Energie des Photons absorbiert. Dies löste oben genannte Widersprüche:

  1. Sobald Photonen auf das Metall auftreffen, können Elektronen ausgelöst werden, da sofortihre gesamte Energie absorbiert werden kann. Deshalb setzt der Photostrom sofort ein,wenn die Frequenz des Lichts (der Photonen) ausreicht
  2. Die Energie eines Photons hängt nur von seiner Frequenz ab.
  3. s.o.
  4. Ist die Frequenz des Lichts zu gering, so reicht die Energie der Photonen nicht aus, um dieerforderliche Ablösearbeit zu leisten, es werden keine Elektronen ausgelöst.
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2 Kommentare zu Der Photoelektrische Effekt (Photoeffekt)

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  2. Eine Photonentheorie weist einen eklatanten Widerspruch auf.
    Jede Welle besitzt die gleiche Energie. Dies folgert aus der Beziehung von Max Planck:
    Energie = Wirkungsquantum x Frequenz .
    Somit hat jede Welle die gleiche Energie. Da nun jeder Welle ein Photon zugeordnet wird, so weist auch jedes Photon die gleiche Energie auf.
    Somit wäre es nur eine Frage der Zeit, wann auch niederfrequente EM Wellen ein Elektron aus einer Metallplatte schlagen. Dem ist jedoch nicht so.
    Die Vorstellung vom Photon ist mehr als fragwürdig. Es gibt kein Photon. Es gibt lediglich innerhalb der EM Welle eine Anhäufung der Energiedichte. Übersteigt diese Energiedichte die Kraft des inneren Zusammenhaltes der Materie, so kommt es zur bleibenden Veränderung der Materie. In dem obigen Falle zur Auslösung eines Elektrons aus dem Metallverband.

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