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Äußerer lichtelektrischer Effekt Licht im Photonenmodell Der äußere lichtelektrische Effekt (Fotoeffekt) ▶Licht besteht aus Photonen (Lichtquanten). Die Energie eines Photons beträgt: =ℎ∙ Photonen kann man sich als „Lichtportionen“, die eine bestimmte Energie haben, vorstellen. Die Energie wird in Elektronenvolt angegeben. 1 = 1,602 ∙ 10 ∙ Für die Masse eines Photons gilt: = = = ∙ Dabei ist zu beachten, dass Photonen keine Ruhmasse besitzen. … ℎ… ℎ … … ℎ ℎ … ä ▶Die Erscheinung, dass bei Bestrahlung mit Licht aus der Oberfläche von Festkörpern Elektronen austreten können, wird als äußerer lichtelektrischer Effekt bezeichnet. Zum Ablösen der Elektronen wird die Austrittsarbeit benötigt Licht mit hoher Frequenz (niedriger Wellenlänge) transportier mehr Energie pro Photon als Licht mit niedriger Frequenz Die Überschüssige Energie eines Photons, die nicht zum Ablösen benötigt wird, wird zur kinetischen Energie des Elektrons Für die Energiebilanz gilt: = + Es kann drei Situation geben für das Auftreffen von einem Lichtquant auf einen Festkörper: > = < Das Elektron wird herausgelöst Das Elektron wird herausgelöst, Das Elektron wird nicht und erhält die kinetische Energie: hat jedoch keine kinetische herausgelöst, da die Austrittsarbeit Energie. nicht erbracht wird. = − □ UV-Licht □ blaues Licht □ gelbes Licht Gegenfeldmethode Mit Hilfe der Gegenfeldmethode kann man die kinetische Energie der ausgetretenen Elektronen messen. Dabei wird eine Spannung an die Ringanode und die Fotokathode angelegt, so das eine Potentialdifferenz entsteht. Diese Spannung wird erhöht, bis die Potentialdifferenz gleich der kinetischen Energie der Elektronen ist, dies ist erreicht wenn der Strommesser das erste Mal 0 anzeigt. Denn dann können die herausgelösten Elektronen nicht mehr die Anode erreichen. Für diesen Fall gilt dann: 1 ∙ = = ∙ 2 … (1 = 1,602 ∙ 10 ) … Je nach Medium, aus dem die Elektronen heraustreten sollen, ist die Austrittsarbeit unterschiedlich groß. Damit hat jedes Medium eine andere Frequenz bei der die kinetische Energie 0 ist, diese nennt man Grenzfrequenz . Der Anstieg für die Geraden eines Medium ist immer gleich und wird mit dem planckschen Wirkungsquantum h beschrieben. Dies ist eine fundamentale Naturkonstante. ℎ = 6,626 ∙ 10 ∙ Energiebilanz des äußeren lichtelektrischen Effekts: ℎ∙ = + Die Grenzfrequenz ergibt sich aus der stoffspezifischen Austrittsarbeit: = ℎ… … ℎ … … ℎ ℎ
