Photoelektrischer Effekt

Licht als Photonen

Im Photonenmodell trägt jedes Photon eine Energie von hf, wobei h die Planck-Konstante und f die Frequenz ist. Helleres Licht bedeutet mehr Photonen, aber die Energie jedes einzelnen Photons hängt von der Frequenz ab, nicht von der Intensität.

Grenzfrequenz

Elektronen werden nur emittiert, wenn jedes Photon genügend Energie hat, um die Austrittsarbeit des Materials zu überwinden. Dadurch entsteht eine Grenzfrequenz, unterhalb derer selbst bei intensiver Beleuchtung keine Elektronen austreten.

Prüfe die Idee mit der Simulation

Verändere in der Simulation die Lichtfrequenz und die Metalloberfläche, um zu sehen, wann Photoelektronen erscheinen. Vergleiche Grenzfrequenz und Stoppspannung mit den Vorhersagen der Einstein-Gleichung.

Licht trifft nicht auf ein Metall als glatte Welle — es kommt in winzigen Stößen, die Photonen genannt werden, von denen jeder eine feste Menge Energie trägt. Ein Elektron entkommt nur, wenn die Energie eines einzelnen Photons mindestens so groß ist wie die Austrittsarbeit des Metalls, die Energie, die das Elektron normalerweise an Ort und Stelle hält. Welche Energie übrig bleibt, wird zur kinetischen Energie des Elektrons, wenn es davonfliegt.

KEₘₐₓ = h · f − φ

• KEₘₐₓ — maximale kinetische Energie (eV): die größte Energie, die ein ausgestoßenes Elektron mitnimmt
• h — Planck-Konstante (eV·s): eine winzige Konstante, die die Frequenz eines Photons mit seiner Energie verbindet
• f — Frequenz (Hz): wie viele Lichtwellen jede Sekunde ankommen
• φ — Austrittsarbeit (eV): minimale Energie, die benötigt wird, um ein Elektron aus dem Metall zu befreien

Ein Photon, das auf eine Natriumoberfläche trifft, trägt 3.1 eV Energie. Die Austrittsarbeit von Natrium beträgt 2.1 eV. Wie groß ist die maximale kinetische Energie eines ausgestoßenen Elektrons?

• hf = 3.1 eV
• φ = 2.1 eV

1. KEₘₐₓ = h · f − φ
2. KEₘₐₓ = 3.1 eV − 2.1 eV

KEₘₐₓ = 1.0 eV

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• Photoelektrische Schwelle