der fotoeffekt - was soll das sein?
hallo! Kann jemand den fotoeffekt bitte so erklären, dass ihn auch jemand versteht, der absolut keine ahnung von physik hat? wikipedia etc. sind echt sehr kompliziert :(
3 Antworten
Die Antworten meiner Vorredner enthalten schon alles wichtige, um das Prinzip zu verstehen, deswegen geb ich niocht auch noch meinen Senf dazu.
Aber vielleicht noch der Vollständigkeit halber:
Man unterscheidet noch zwischen Äußerem Photoeffekt, bei dem ein elektron durch Licht komplett aus z.B. einem Metalldraht herausgelöst wird und dem Inneren Photeeffekt, bei dem ein elektron nur von seinem "Heimatatom" losgelöst wird und frei beweglich wird, aber nicht so beweglich, dass es den Festkörper komplett verlässt. Sowas kommt in Hlableitern vor und ist wichtig für das Funktionsprinzip von z.B. Solarzellen oder CCD-Sensoren (in jeder Digicam/Webcam/Smartphone, etc.)
Und das ganze funktioniert auch andersrum. Wie man durch Licht ein gebundenes Elektron lockern kann, kann ein bewegliches Elektron, welches auf einen "festen" atomaren Platz zurückrutscht wiederum Licht ausstrahlen. Das nennt man dan Inversen Photoeffekt. was wiederum das Funktionsprinzip von z.B. einer LED ist.
Der Fotoeffekt ist zunächst einmal eine Beobachtung:
Im Experiment hatte man eine Metalloberfläche mit mehr oder weniger kurzwelligem Licht bestrahlt. Für Licht gilt: je kurzwelliger (also je mehr Schwingungen pro Sekunde), desto energiereicher ist es. Das war bekannt. Nach der damaligen Vorstellung hätte die Energie des Lichtes aus der Metalloberfläche Elektronen freisetzen müssen - und zwar mit wachsender Energie mehr und dann auch schnellere Elektronen.
Was man beobachtet hat, war aber, dass zunächst (also mit zu langwelligem = zu energiearmem Licht) gar nichts passierte. Energieärmeres Licht konnte also entgegen der Erwartung nicht weniger langsame Elektronen aus der Oberfläche freisetzen, sondern gar keine. Erst ab einer ganz bestimmten Mindestenergie des Lichtes wurden Elektronen freigesetzt - und ab dieser Mindestenergie war alles so wie erwartet: je kurzwelliger (energiereicher) das Licht dann noch wurde, desto schneller wurden auch die freigesetzten Elektronen.
Diese notwendige Mindestenergie konnte zunächst niemand erklären.
Erst Albert Einstein erklärte sie quantenmechanisch: Um ein Elektron aus einem Atom zu lösen ist eine Mindestenergie notwendig. Elektronen können Energie nicht in beliebig kleinen Mengen aufnehmen, sondern es gibt eine Mindestmenge, die sie aufnehmen können. (Wie im Supermarkt: Man kann nicht beliebig wenig Wasser kaufen, sondern muss mindesten 1 ganze Flasche abnehmen...) Licht muss also mindestens dieses Energiepaket auf das Elektron übertragen können, damit es frei gesetzt wird. Was das Licht mehr an Energie liefert, geht dann in die Bewegungsenergie.
Einsteins Erklärung gilt als (erster) Beweis, dass Licht (und Energie allgemein in der Welt des Allerkleinsten) gequantelt ist, also nur in Mindestpaketen zur Verfügung steht. Er hat 1921 dafür den Nobelpreis bekommen.
Um ein Elektron von einem Atom zu lösen benötigt man eine bestimmte Menge Energie. Licht ist Energie. Trifft also ein Lichtteilchen mit genügend Energie das Atom so verlässt das Elektron das Atom. Ist noch Energie übrig so dient diese dazu das Elektron und das Atom zu beschleunigen. Licht ist allerdings nicht nur Teilchen, sondern auch Welle, eine elektromagnetische Welle. Ein elektrisches und magnetisches Feld die ineinander verwoben sind. Bei ihnen steckt die Energie in der Frequenz, und damit in der Farbe. Rot heiß niedrige Frequenz, wenig Energie und lange Wellenlänge, Blau heißt hohe Frequenz, viel Energie und kurze Wellenlänge.
Verknüpft sind Energiegehalt und Frequenz über das planktsche Wirkungsquantum. Multipliziert man die Frequenz mit dem planktschen Wirkungsquantum erhält man die Energie des Lichtteilchens. Für diese Erkenntnis erhielt Albert Einstein 1905 den Nobelpreis.