Photoeffekt

From bio-physics-wiki

Jump to: navigation, search

Aus den von Heinrich Hertz im Jahre 1887 durchgeführten Versuchen war bekannt, dass die Ladung einer negativ geladene Platte, die mit ultraviolettem Licht bestrahlt, wird abnimmt. Phillip Lenard verwendete für seine Versuche (1902) eine Kathode, die sich in einem evakuierten Glaskolben befindet, diese emittiert darauf hin Elektronen. Dieser Aufbau wurde verwendet um den Strom $I$ in Abhängikeit der Spannung $U$ zwischen Kathode und Anode zu messen.

Abbildung a)

Schon bei einer negativen Spannung $U_0$ wurde ein Strom gemessen, also müssen die Photonen mindestens die kinetische Energie zur Überwindung des Potentials (Gegenspannung) haben $E_{kin} \geq e \cdot U_0$, siehe Abb. a). Stellt man also $U_0$ bei einer bestimmten Frequenz $\nu$ so ein, dass gerade kein Strom mehr fließt, entspricht $-e \cdot U_0$ gerade der Kinetischen Energie $-e \cdot U_0=E_{kin}$. Misst man die Gegenspannung $U_0$ für verschiedene Frequenzen $\nu$ des einfallenden Lichts, stellt man fest, dass die kinetische Energie mit zunehmender Frequenz linear steigt (Abb. b) ).

  • Die kinetische Energie der emittierten Elektronen ist nur von der Frequenz $\nu$ nicht von der Intensität und der Bestrahlungsdauer abhängig.
  • Die Anzahl der Elektronen ist proportional zur Intensität $N \propto I$
  • Zwischen Lichteintritt und Elektronenaustritt wird keine Verzögerung gemessen.

Abbildung b)
Abbildung c)


Albert Einstein konnte diese von Lenard gefundenen Tatsachen mithilfe der Lichtquantenhypothese (1905) erklären. Dabei absorbiert das Elektron eine Frequenzabhängige Energie $h \cdot \nu$. Die kinetische Energie $E_{kin}$ des Elektrons ist daher die absorbierte Enerie weniger der Austrittsarbeit $W_a$.

$E_{kin}=h\cdot \nu - W_a$