Kann bitte jemand diese Physikfrage beantworten?
Bewerten Sie die folgende Aussage:
Beim äußeren Fotoeffekt konnte mit dem Wellenmodell nicht erklärt werden, dass sich die negative Ladung einer Metallplatte bei Bestrahlung mit geeignetem Licht verringert.
3 Antworten
Beim Fotoeffekt geht es um das Herauslösen von Elektronen aus Materie durch Bestrahlung mit Licht. Dabei muss die Energie der Bestrahlung mindestens so groß sein wie die Bindungsenergie der Elektronen.
Nach dem Wellenmodell stellt eine Zunahme der Licht-Intensität eine Vergrößerung der Wellen-Amplitude dar. Je größer die Amplitude, desto größer ist übertragene Energie. Damit müsste eine Erhöhung der Licht-Intensität zum Fotoeffekt führen. Dies ist aber nicht der Fall.
Das Auftreten des Fotoeffekts hängt somit nicht von der Licht-Intensität, sondern von dessen Frequenz ab.
Das schon, aber diese Grenzwellenlänge ist das wirklich interessante. Es hängt einzig und allein von der Wellenlänge ab, ob sich etwas herauslöst, nicht von der Intensität und dies widerspricht dem Wellencharakter des Lichts, denn mehr Intensität -> mehr Energie
Wer mal in der Brandung am Strand gestanden ist weiß: die Energie von Wellen liegt in ihrer Amplitude, nicht in ihrer Frequenz. Viele kleine Wellen die kurz hintereinander kommen (hohe Frequenz) werfen einen nicht um, aber eine große kann das (Amplitude).
So löst man aber Elektronen nicht. Die große Amplitude hilft hier nicht. Das verhält sich, als würde man das Metall mit Kugeln beschießen, wobei es egal ist, wieviele Kugeln fliegen (Amplitude), sondern die einzelne Kugel muss genügend Energie haben (Frequenz). Die Energie von Photonen liegt in ihrer Frequenz, nicht in ihrer Amplitude.
Danke für die Erklärung, jetzt versteh ich, warum bei Wellen Amplitude bedeutend ist und nicht Frequenz.
Ich bin aber trotzdem der Meinung, dass die Aussage in der Aufgabe falsch ist.
Der Photoeffekt beschreibt das Herauslösen von Elektronen aus einem Metall durch Photonen, also durch Bestrahlung mit Licht.
(Zitat aus Suchergebnissen, wenn man nach "Fotoeffekt" sucht)
Der Photoeffekt, also dass Elektronen herausgelöst werden, kann ja mit dem Wellenmodell erklärt werden, oder nicht?
Tut mir leid, ich stehe auf dem Schlauch.
um den Photoeffekt mit dem Wellenmodell zu erklären, müsste man wie am Strand argumentieren: wenn die Wellen hoch genug sind, lösen sie Elektronen heraus. Das tun sie aber nicht - wenn die Frequenz zu niedrig ist, passiert trotz hoher Amplitude nichts. Und das ist im Wellenmodell nicht zu verstehen.
Wenn die Frequenz aber hoch genug ist, dann werden Elektronen herausgelöst, und zwar um so mehr, je höher die Amplitude ist. Das passt zum Teilchenmodell: wenn die Teilchen genug Energie haben, können sie Elektronen lösen. Je mehr dieser Teilchen ankommen, desto mehr Elektronen werden gelöst.
Aber geeignetes Licht (siehe Aufgabe) setzt ja voraus, dass die Frequenz hoch genug ist, um die Elektronen zu lösen. Und wenn man nun bei besagtem geeigneten Licht die Amplitude erhöht, kann man doch einfach sagen:
,,Die Amplitude der Wellen ist höher, deswegen kommen Elektronen raus/tritt der Photoeffekt ein."
Wenn in der Aufgabe stehen würde, dass es sich um Licht handelt, dessen Frequenz nicht hoch genug ist, also ungeeignet, oder bei dem man es nicht weiß, dann könnte man es ja so begründen, wie Sie.
Die Aussage ist falsch. Auch nach dem klassischen Modell, werden Elektronen aus dem Metall heraus gelöst, nämlich dadurch, dass sie in der elektromagnetischen Welle hochgeschaukelt werden, bis sie genug Energie haben, um aus dem Metall zu entkommen. Das Überraschende am Photoeffekt ist, dass bereits bei kleinen Intensitäten sofort Elektronen aus dem Blech geschlagen werden. Nach der klassischen Theorie würde es bei schwachen Intensitäten lange dauern, bis die Elektronen genügend Energie haben.
Ausserdem hängt es von der Wellenlänge des Lichts ab, ob Elektronen austreten. Auch dies widerspricht der klassischen Theorie. Bei einer langsameren Schwingung müsste es einfach länger gehen, bis die Elektronen rauskommen. Nach Einsteins (korrektem) Photonen Modell kommen sie aber gar nicht heraus, wenn die Energie der Photonen kleiner ist als die Austrittsarbeit.
Das wird sehr schön vorgerechnet in Harry Paul, 'Photonen'. (Das ist auch sonst ein brillantes Buch, um den Unterschied zwischen klassischer Physik und Quantentheorie zu verstehen.)
Den Begriff 'äusserer Photoeffekt' kenne ich nicht.
Ach, jetzt lese ich diese Antwort erst. Sie können meinen Kommentar auf Ihren späteren Kommentar ignorieren.
Danke vielmals für die Bestätigung. Ich werde meinen Lehrer nochmal daraufhin ansprechen.
Gegenfrage: Wie würdest du denn diese Beobachtung mit dem Wellenmodell des Lichts erklären?
Meiner Meinung nach ist die Aussage falsch, da durch die Energie von UV-Strahlen die Elektronen stark genug in Schwingung gesetzt werden, sodass diese herausgelöst werden.
Man könnte dies also mit dem Wellenmodell erklären.
Was man damit aber nicht erklären kann ist, dass trotz erhöhter Intensität des Lichts nicht mehr Elektronen herausgelöst werden. Durch Erhöhung der Amplitude haben die Wellen eingentlich mehr Energie, wodurch auch mehr Energie auf die Oberfläche kommt. Deshalb benötigt man das Teilchenmodell, was das Licht als Energieportionen definiert, sodass nicht mehr die Amplitude zählt, sondern die reine Energie einzelner Teilchen.
Aber was sagen Sie dazu?
Moment mal...
Der Photoeffekt beschreibt das Herauslösen von Elektronen aus einem Metall durch Photonen, also durch Bestrahlung mit Licht.
Ich hab zur Sicherheit nochmal gegoogelt. Der Photoeffekt, also dass Elektronen herausgelöst werden, kann ja mit dem Wellenmodell erklärt werden, oder nicht?
Tut mir leid, ich stehe auf dem Schlauch.
Nein, kann er nicht, wie du in deinem ersten Kommentar begründet hast, ich zitiere:
Was man damit aber nicht erklären kann ist, dass trotz erhöhter Intensität des Lichts nicht mehr Elektronen herausgelöst werden. Durch Erhöhung der Amplitude haben die Wellen eingentlich mehr Energie, wodurch auch mehr Energie auf die Oberfläche kommt. Deshalb benötigt man das Teilchenmodell, was das Licht als Energieportionen definiert, sodass nicht mehr die Amplitude zählt, sondern die reine Energie einzelner Teilchen.
Die Aussage, dass der Photoeffekt nicht klassisch erklärt werden kann, stimmt. Aber die Begründung ist falsch. Dass Elektronen austreten, wird auch von der klassischen Physik so beschrieben. Klassisch nicht erklärt werden kann, dass dies sofort passiert und dass es von der Wellenlänge abhängt, ob überhaupt Photonen heraus geschlagen werden.
Wenn Photoeffekt nur die Tatsache ist, dass Elektronen herausgelöst werden, kann man die Intensität doch vernachlässigen. Lasst uns dann doch einfach sagen: ,,Das Licht reicht aus, um die Elektronen zu lösen. Die Wellen haben scheinbar also die richtige Amplitude und Frequenz".
Die Sache die ich begründet habe, hat zwar etwas mit dem Effekt zu tun, es ist aber nicht explizit der Photoeffekt.
Oder habe ich die Definition des Photoeffekts falsch verstanden?
Aha, das war mir vorher noch gar nicht bewusst, dankeschön.
Aber wenn es in der besagten Aufgabe ausschließlich darum geht, zu beurteilen, ob der Photoeffekt klassisch, bzw. mit dem Wellenmodell erklärbar ist, dann müsste die Aussage falsch sein.
Ich freue mich auf eine Antwort.
Dass das Auftreten eines Phänomens (Auslösen von Elektronen) im Rahmen eines Modells (Wellenmodell) möglich ist, heißt nicht, dass das Modell das Phänomen richtig erklären kann. Denn schaut man genauer hin (wiederholt den Versuch etwa bei niedrigeren Frequenzen), bricht die Erklärung zusammen.
Es stimmt doch, dass bei geeignetem Licht die Amplitude und Frequenz ausreicht, um den Photoeffekt auszulösen. Dies wäre ja die Erklärung aus der Sicht des Wellenmodelles.
Dass man das Licht verändert, sodass keine Elektronen mehr herausgelöst werden, ist ja eigentlich nicht mehr Teil der Aufgabenstellung. Natürlich kommt das Wellenmodell dann in Erklärungsnot. Aber solange das Licht wie in der Aufgabe geeignet ist, lässt sich der Photoeffekt durch das Wellenmodell erklären.
Ich denke, uns beiden ist klar, auf welche Antwort die Frage abgezielt hat. Wenn du bei der Klausur was anderes geschrieben hast, solltest du das mit deinem Lehrer besprechen, denn die Meinung der Nutzer hier wird an der Bewertung deiner Klausur wenig ändern können.
Ja, das werde ich mit ihm besprechen. Mir ging es hier hauptsächlich darum, mich möglicherweise auf eine Diskussion mit ihm vorzubereiten. Aber da auch Sie als Kritiker es nicht eindeutig widerlegen können, sollte ich gute Chancen haben.
Vielen Dank für Ihre Zeit und Ihre Anregungen!
Angenommen, man benutzt Licht, dessen Frequenz ausreicht, um Elektronen herauszulösen.
Es müsste doch trotzdem mit dem Wellenmodell erklärbar sein, dass Elektronen herausgelöst werden, oder? Wenn genug Energie in Form von Wellen auf die Oberfläche trifft, sollten die Elektronen auch herausgelöst werden.
Meiner Meinung nach könnte man es mit dem Wellenmodell erklären, die Aussage wäre also falsch.
Wie stehen Sie dazu?
Danke für die Antwort