Wir sind in Physik beim Fotoeffekt ( Quantenphysik),wie lautet die berühmte Einsteingleichung mit den enthaltenen Größen, war es E=m×c^2?

Hallo NilsS668,

EINSTEINs berühmte Formel

(1) E = mc²

sagt aus, dass sich Masse und Energie als dieselbe Größe erweisen, nur – im SI – in unterschiedlichen Einheiten gemessen; zwischen diesen vermittelt der konstante Faktor c² (also 1kg≈9×10¹⁶J). Die Masse eines Körpers oder Teilchens ist gleichsam "kondensierte" Energie, seine Ruheenergie. Und jede Energie "wiegt was" bzw. hat eine eigene Trägheit.

Die spielt allerdings beim Photoeffekt gar keine Rolle, zudem die Energien, um die es hier geht, mindestens um den Faktor 10⁵ kleiner sind als die Ruheenergie eines Elektrons.

Es handelt sich dabei nicht um die Gesamtenergie (bzw. -leistung) des Lichts, mit dem Metall bestrahlt wird; der Witz an der Sache ist ja gerade, dass unterhalb einer bestimmten (vom Metall abhängigen) Frequenz f gar kein Photostrom fließt, egal wie hell Du das Licht machst. Und das war 1905 des Physikern ein Rätsel.

Bis auf EINSTEIN, der PLANCKs damals 5 Jahre alte Idee aufgriff, dass Licht nur in Quanta ("Portionen") der Energie

(2) ε = h∙f

emittiert oder absorbiert wird, wobei h ≈ 6,6×10⁻³⁴Js das PLANCKsche Wirkungsquantum ist. Das 'h' steht übrigens für 'Hilfsgröße', denn PLANCK selbst, der sie eingeführt hatte, um seine Formel für die Hohlraumstrahlung zu erklären, hielt seine Erklärung für unbefriedigend und vorläufig.

EINSTEIN glaubte dagegen als einer der Ersten, dass Licht tatsächlich aus diesen Quanta, die wir heute Photonen nennen, besteht.

Und jedes Elektron erhält immer nur die Energie eines Photons zur gleichen Zeit, vergleichbar einem Fußball, der in einer Kuhle liegt und den Du trittst. Helles Licht mit "zu leichten" Photonen entspricht vielen Tritten, die aber zu schwach sind, um den Ball aus der Kuhle herauszukicken. Um das zu tun, brauchst Du einen hinreichend kräftigen Tritt; wie stark der mindestens sein muss, hängt von der Tiefe der Kuhle ab; sollte die Tritt- Energie größer sein, steht der Rest der Energie dem Ball außerhalb der Kuhle als kinetische Energie zur Verfügung.

Beim Photoeffekt steht die Tiefe der Kuhle natürlich für die von Clemens erwähnte Austrittsarbeit. Die ist übrigens unso größer, je edler das Metall chemisch ist ("edel" = gibt seine Elektronen ungern ab und ist deshalb reaktionsträge).

Ganz nebenbei erklärt EINSTEINs Erklärung des Photoeffekts übrigens auch, warum man Papierfotos unter Rotlicht entwickelt und warum UV- Licht im Unterschied zu sichtbarem Licht oder IR- Licht Sonnenbrand und Krebs verursacht. Bei Ersterem ist die Energie jedes Photons so groß, dass sie unkontrollierte chemische Veränderungen hervorruft.

Nein. Die genannte Gleichung stammt aus einer anderen Arbeit von Einstein ebenfalls aus dem Jahr 1905, hat aber nichts mit dem Photoeffekt zu tun (es geht hier auch um Energien im Bereich einiger eV, weit unter der Ruheenergie eines Elektrons, sodass keine relativistische Rechnung nötig ist). Beim Photoeffekt haben Elektronen, die mit UV-Licht aus einem Metall herausgelöst werden, die kinetische Energie



Dabei ist f die Frequenz des Lichts und W_A die Austrittsarbeit der Elektronen aus dem Metall.

Bremst man die Elektronen in einem elektrischen Feld ab, können die Elektronen die negativ geladene Elektrode gerade noch ereichen, wenn für die Spannung gilt



Wahrscheinlich ist eine der beiden Gleichungen gemeint.