Kann mir jemand hierbei helfen?

Eine Lichtquelle sendet Licht aus, bei dem es sich um ein Gemisch auf rotem Licht der Wellenlänge = 690 nm und blauem Licht der Wellenlänge = 450 nm handelt.

1. Wie groß ist die Energie der Lichtquanten?
2. Mit diesem Lichtgemisch werden Fotokatoden aus unterschiedlichen Materialien bestrahlt. Die zugehörigen Austrittsarbeiten sind: WA1 = 1,6 eV, WA2 = 2,5 eV und WA3 = 3,2 eV. Werden Elektronen ausgelöst? (Begründen Sie Ihre Antwort!)
3. Es wird ein Material mit der Austrittsarbeit WA = 1,64 eV verwendet. Berechnen Sie für diesen Fall die Geschwindigkeit der schnellsten Photoelektronen, wenn das Licht der beschriebenen Lichtquelle auf die Katode fällt.

Verstehe jetzt nicht, ob ich die Energie zusammenrechnen soll oder alles immer für beide Wellenlängen berechnen muss. Bei 2. muss man ja die Gegenspannung berechnen. Aber wie soll ich meine Antwort begründen?Bei 3. weiß ich wieder nicht, ob ich die Energien der beiden Wellenlängen einzeln nehmen soll oder zusammen.

Answer 1

[Littlethought]

Für jede der beiden Farben gilt Energie = h * f ; f = c / Lambda

Damit Elektronen ausgelöst werden können, muß deren Energie größer als die Austrittsarbeit sein. Die Energiedifferenz ergibt die kinetische Energie der Elektronen.

Woher ich das weiß: Berufserfahrung – Lehrer u. Fachbetreuer für Mathematik und Physik i.R.

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[Idontknow456690]

Damit Elektronen ausgelöst werden können, muß deren Energie größer als die Austrittsarbeit sein. 

Wieso ist das so?

[Littlethought]

@Idontknow456690

Wenn die Energie der Photonen kleiner als die Austrittsarbeit ist, dann reicht diese Energie nicht um das elektrostatische Potential zu überwinden, das die Elektronen am Atom festhält.

Answer 2

[Halswirbelstrom]

LG H.

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[Idontknow456690]

Kann man bei 2. nicht einfach die Energie von in 1. berechnet nehmen und dann gucken, ob sie größer ist als die Austrittsarbeit und wenn ja, treten Elektronen aus und wenn nicht, nicht. Und bei 3. habe ich einfach mit Ekin= E - Wa und Ekin= 1/2*m*v^2 gerechnet. Ist das auch richtig?

[Halswirbelstrom]

@Idontknow456690

Es führen viele Wege nach Rom. Man wird in solchen Fällen den einfachsten Weg wählen. Deine erste Version ist die einfachere; deine zweite die eben nur ein bisschen in einzelne Schritte zerlegt. Ansonsten - ok.

LG H.

Answer 3

[Clemens1973]

Bei der 2. Frage musst Du nur die Photonen mit der kleineren Wellenlänge/der grösseren Energie (d.h. blaues Licht) betrachten. Falls mit diesen keine Elektronen herausgelöst werden können, dann mit den weniger energiereichen Photonen (rotes Licht) erst recht nicht.

Nun ist jeweils die Frage: genügt die Photonenenergie, um die Austrittsarbeit zu überwinden, d.h. gilt (lambda2=Wellenlänge des blauen Lichts):

$E_{\gamma,2}=\frac{hc}{\lambda_2}\geq W_{\text{A},i}$

Eine Gegenspannung ist hier nicht zu berechnen.

Auch bei Frage 3 sind nur die höherenergetischen Photonen relevant, denn die durch sie herausgelösten Elektronen haben auf jeden Fall eine höhere kinetische Energie. Es gilt

$E_\text{kin}=E_{\gamma,2}-W_\text{A}=\frac{hc}{\lambda_2}-W_{\text{A}}$

Daraus ergibt sich auch die Geschwindigkeit der Elektronen.

Woher ich das weiß: Studium / Ausbildung

Answer 4

[zalto]

Für jede der beiden Wellenlängen erfolgt eine Einzelbetrachtung. Die Energien addieren sich nicht auf.
Die 690 nm entsprechen etwa 1,8 eV und 450 nm etwa 2,76 eV.

Answer 5

[evtldocha]

Verstehe jetzt nicht, ob ich die Energie zusammenrechnen soll

... das ist der spezielle "Witz" der Quantentheorie, dass das eben nicht geht.

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[zalto]

So ganz abwegig ist eine 2-Photonen-Absorption nun auch nicht. Sie passiert halt nur extrem selten.

[evtldocha]

@zalto

Genau, Du hast vollkommen recht! Das sind die Themen, die man hier verstehen muss, um die Aufgabe zu bearbeiten.